旋翼间距对共轴刚性旋翼气动噪声的影响

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30153

流体力学与飞行力学

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旋翼间距对共轴刚性旋翼气动噪声的影响

祁浩天¹^,², 王亮权²(), 张卫国², 刘超凡², 濮天梅¹

^1.扬州大学电气与能源动力工程学院，扬州 225127
^2.中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室，绵阳 621000

收稿日期:2024-01-15 修回日期:2024-02-27 接受日期:2024-04-07 出版日期:2024-11-15 发布日期:2024-04-10
通讯作者: 王亮权 E-mail:wangliangquan@nuaa.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12102154);空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室开放课题(RAL202302-1)

Effect of rotor spacing on aerodynamic noise of rigid coaxial rotor

Haotian QI¹^,², Liangquan WANG²(), Weiguo ZHANG², Chaofan LIU², Tianmei PU¹

^1.College of Electrical，Energy and Power Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China
^2.State Key Laboratory of Aerodynamics，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China

Received:2024-01-15 Revised:2024-02-27 Accepted:2024-04-07 Online:2024-11-15 Published:2024-04-10
Contact: Liangquan WANG E-mail:wangliangquan@nuaa.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12102154);Foundation of State Key Laboratory of Aerodynamics(RAL202302-1)

摘要/Abstract

摘要：

基于雷诺平均Navier-Stokes方程和运动嵌套网格建立了共轴刚性旋翼流场模拟方法，采用Farassat 1A公式进行气动噪声预测，通过与相关试验进行对比，验证了所提方法的有效性。对悬停和前飞状态不同旋翼间距下的旋翼非定常拉力波动和气动噪声开展了研究。结果表明，悬停状态下随着旋翼间距的增大，双旋翼气动干扰变弱，由桨叶相遇干扰引起的拉力波动和噪声明显减弱，且上旋翼的减弱更明显。不同间距的上旋翼声压波形相似，而下旋翼波形则有所变化。小前进比时增大旋翼间距会改变上旋翼桨尖涡与下旋翼的干扰位置和强度，在特定间距这种桨-涡干扰（BVI）噪声会有所增强。大前进比状态旋翼间距增大对气动噪声的影响较小；相比之下，小升力偏置状态的噪声减弱更明显。

关键词: 共轴刚性旋翼, 气动噪声, 运动嵌套网格, CFD, 旋翼间距

Abstract:

A flow field simulation method for the rigid coaxial rotor is established based on Reynolds averaged Navier⁃ Stokes equations and moving overset grid. Farassat 1A formulations are used for aerodynamic noise prediction. The effectiveness of the proposed methods is verified through comparison with relevant experiments. Research is conducted on the unsteady rotor thrust fluctuations and aerodynamic noise characteristics with different rotor spacing in hovering and forward flight states.Results show that with the increase of rotor spacing in the hovering state， the aerodynamic interactions of the two rotors are weakened. The thrust fluctuations and noise caused by interaction of blade-meeting are significantly reduced. Compared with that of the lower rotor， the noise of upper rotor caused by blade-meeting is weakened more significantly. The sound pressure waveforms of the upper rotor with different spacing are similar， while the waveforms of the lower rotor have significant changes. At the small advance ratio， the increase of rotor spacing changes the position and intensity of the interaction between the upper rotor blade tip vortex and the lower rotor. This kind of blade-vortex interaction noise is enhanced at a specific spacing. The effect of rotor spacing on aerodynamic noise is relatively small in high forward ratio states， while the noise reduction is more significant in low lift-offset states.

Key words: rigid coaxial rotor, aerodynamic noise, moving overset grid, CFD, rotor spacing

中图分类号:

V211.52

祁浩天, 王亮权, 张卫国, 刘超凡, 濮天梅. 旋翼间距对共轴刚性旋翼气动噪声的影响[J]. 航空学报, 2024, 45(21): 130153.

Haotian QI, Liangquan WANG, Weiguo ZHANG, Chaofan LIU, Tianmei PU. Effect of rotor spacing on aerodynamic noise of rigid coaxial rotor[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(21): 130153.

图/表 13

图 1

图 2

图 3

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表1

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图 9

图 10

图 11

图 12

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

旋翼参数	数值
旋翼半径R/m	3.81
桨叶根切/m	0.762
弦长c/m	0.457 2
桨叶片数	2+2
扭转	无
旋翼基准间距H/m	0.609 6

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