基于 PowerFLOW 的无人机气动与噪声特性分析

华星信息技术 2026-02-11 16:55

近年来多旋翼垂直起降无人机的应用范围不断拓展，发挥的作用越来越重大，与此同 时针对无人机能耗和噪声的研究也不断深入。同轴对转旋翼对于无人机来说是一种新颖的 解决方案。在体积相近的情况下，同轴对转旋翼和孤立旋翼相比能够产生更大的推力，而 且旋流恢复效应的存在可以使得气动效率有所提升。进一步桨叶转速得以降低，从而有效 降低其结构载荷以及厚度噪声。 

对转旋翼的研究始于固定翼飞机所使用的开式转子发动机，或称桨扇发动机。上世纪 80年代在能源危机背景下美国通过高级旋翼计划（Advanced Turboprop Project）开展了一 系列研究，结果表明该构型和涡扇发动机相比能够节能30%以上，但是两个螺旋桨之间复杂的气动干扰所产生的载荷和噪声问题制约了其应用。和桨扇发动机相比，无人机使用的 对转旋翼来流方向不同，而且旋翼载荷、叶片数量、尺寸、轴向间距等存在诸多不同，其 噪声问题的约束有所减小，同时其气动与噪声机理值得深入研究，从而有助于推动对转旋 翼的进一步应用。 

和实验手段相比，数值模拟能够描述精细的流动结构，能够揭示不同位置的载荷分布， 有助于对物理机理的理解。本文利用基于格子玻尔兹曼方法（LBM）的PowerFLOW软件， 针对两种转速工况下的对转旋翼进行了气动与噪声特性分析。首先研究了推力沿径向的分 布，并通过流线图和涡结构进行了分析，比较了不同旋翼的气动效率。