H型倾转旋翼无人机非定常气动分析

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H型倾转旋翼无人机以其独特的气动布局,兼顾多旋翼无人机垂直起降和固定翼无人机高速前飞的能力于一身。但其复杂的运动状态也带来了更多的气动干扰问题。本文针对H型倾转旋翼无人机在多旋翼模式、倾转过渡模式和固定翼模式进行气动干扰分析。首先建立各飞行模式的几何模型。然后,根据其独特的气动布局和复杂的结构特点,建立倾转旋翼机流场网格生成方法。最后,根据H型倾转旋翼无人机的结构特点,采用滑移网格模型方法和k-ωSST湍流模型,建立H型倾转旋翼无人机非定常数值模拟方法。根据建立的数值模拟方法,计算孤立旋翼模型,对比试验值和CFD计算值,来验证该数值模拟方法的可靠性。根据其数值计算方法,对该无人机在多旋翼模式、倾转过渡模式和固定翼模式下进行气动干扰计算与分析,得到不同飞行模式下各气动部件气动干扰的影响规律。多旋翼模式,在悬停状态下旋翼的下洗流直接作用在短舱架上,短舱架产生了一定的向下载荷,使得飞行器的悬停性能有一定的损失,机身向下载荷占到旋翼总拉力的10%左右;垂直上升状态下,随着上升速度的增加飞行器全机升力逐渐减小。倾转过渡模式,在倾转过渡初始阶段0到35度时,主要为旋翼/短舱架气动干扰;在倾转过渡中级阶段45度到65度时,气动干扰最为强烈,旋翼对短舱架和机翼都有较大干扰;倾转过渡最后阶段,主要为前旋翼/机翼、前旋翼/后旋翼气动干扰,随着倾转角度的增加和前方来流速度的不断增大,前旋翼/机翼的气动干扰逐渐减弱,前旋翼/后旋翼的气动干扰逐渐增强。固定翼模式,H型倾转旋翼无人机的气动干扰主要来自前旋翼/机翼和前旋翼/后旋翼的干扰,前旋翼的下洗流作用在机翼和后旋翼上,增加了前飞状态的阻力,使得飞行器的巡航性能有一定的损失,虽然前旋翼会使机翼产生增升作用,但是会降低全机升阻比。
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