本技术属于航空器螺旋桨或旋翼技术领域,特别是一种模仿猫头鹰翅膀设计的仿生曲线锯齿状涵道旋翼。该旋翼包含涵道主体和支撑结构,旨在提升飞行效率和降低噪音。
背景技术
涵道式飞行汽车是一种将螺旋桨与动力装置包裹在横截面具有一定厚度与形状的涵道机匣内部的飞行汽车,因涵道的设计使得其旋翼对噪声的抑制效果良好,但其对于低频噪声的抑制能力相对较弱以及增加涵道而带来的升力水平要求的提高等问题仍需进一步解决。涵道式飞行汽车工作时的主要噪声来源由三部分,分别是旋翼旋转时产生的噪声、桨叶高速旋转时形成的单极子与偶极子声源,以及涵道底部出射尾流对周围静止空气冲击与剪切产生的喷流噪音。而涵道的存在则对噪音起到了一定的阻隔作用,因此湍流噪声成为了整个飞行汽车的主要噪声来源。而通过对剪切层的结构进行优化调整,可起到调整湍流得产生和发展的作用,从而有效地控制速度剪切层地湍流特性,从而降低射流噪声。同时,由于涵道地引入,使得飞行汽车的整体重量增加,因此所需的升力也有所提升,在不改变涵道旋翼的结构的前提下,将使得旋翼的工作转速提升,间接地导致噪音的产生,所以研究通过改变涵道旋翼结构来提高同等转速下的升力水平也值得被关注。
旋翼降噪的主要手段包括对旋翼结构进行改造。在涵道旋翼上引入仿生锯齿等设计可有效地降低噪声水平并提高升力水平,但目前并没有针对涵道旋翼采用的仿生学锯齿等的降噪研究与措施。现有的对于旋翼降噪的研究主要集中于普通旋翼叶片的锯齿化研究,例如,王兵利用猫头鹰的三种生物特性(尾缘锯齿结构、前缘突起结构、翅膀下表面纹理结构)进行无人机旋翼的降噪改进,但这三者分别应用仅对噪声降低或升力提升有一定作用,而不能同时兼顾降噪水平与升力水平的提高。杨成浩等在发动机涡轮叶片上游静叶片添加不同高度尾缘锯齿结构,并采用数值模拟的方式验证。后缘锯齿会在齿根部位产生微射流从以减小逆射流的影响,减弱非定常干涉效应,在 1BPF 和 2BPF 处分别降低 8.7dB和 11.8dB,在降低噪声的同时提升气动性能,但下游叶片前缘会受到逆压梯度和逆射流双重影响而增大噪声,使得整体的噪声水平改善较小。屈伟对叶片尾缘采用内切的方式构造锯齿,并设计了六种不同宽高比的锯齿,通过大涡模拟(LES)的数值分析方式对临界攻角下的六种仿生叶片进行仿真计算,但没有针对涵道旋翼进行单独的研究,不同工作环境下是否仍具有良好的降噪水平有待进一步实验考证。
实现思路