针对交叉旋翼复杂的气动干扰问题,建立了一种适合于交叉旋翼气动分析的数值模拟方法.该方法采用三维非定常Reynolds平均Navier-Stokes(RANS)方程来求解流场,使用动态嵌套网格方法模拟旋翼运动.使用共轴旋翼悬停实验结果验证了该方法的准确性.利用该方法模拟了交叉旋翼在不同状态下的流场,计算了拉力和悬停效率,并与单旋翼、共轴旋翼计算结果进行对比分析,结果显示交叉旋翼流场存在较强的涡-涡和桨-涡干扰,旋翼桨尖涡在90°/270°附近相交;交叉旋翼的拉力系数及悬停效率随旋翼中心间距增大而增大,随交叉角变化较小;在相同总距角下,交叉旋翼悬停效率高于单旋翼和共轴双旋翼3%~8%.

为研究悬停状态下不同翼间距对微型四旋翼飞行器气动性能的影响,结合整机试验和数值模拟,分析了不同旋翼间距下微型四旋翼飞行器拉力和功耗的变化规律。在样机试验中,通过搭建试验平台对间距比l/d范围1.1~2.0的微型四旋翼飞行器进行了拉力和功耗的测量,确定了相同功耗条件下具有较大拉力的最佳旋翼间距范围。为更直观地得到旋翼间气动干扰对整机气动性能的影响,通过CFD方法对微型四旋翼飞行器流场进行了仿真,得到了不同间距下的压力、流线和涡量分布情况,进而对四旋翼飞行器在不同旋翼间距下表现出的不同气动特性进行对比。结果表明,与无干扰状态下的孤立单旋翼相比,四旋翼间存在的气动干扰在合理的旋翼间距下可以保持涡流完整,并有助于提升四旋翼系统的拉力。最后,通过试验和仿真对比发现,在旋翼间距为1.8d时,四旋翼飞行器具有较...