電動多旋翼無人機螺旋槳的性能計算與分析

摘 要：多旋翼無人飛行器螺旋槳雷諾數的變化范圍在104-105左右，屬于低雷諾數范圍，槳葉的氣動性能由翼型決定，雷諾數的大小對翼型性能有著重要影響。基于動量葉素理論，考慮粘性作用，對理論公式進行修正，利用MATLAB、XFOIL軟件編制程序并進行計算與分析。

關鍵詞：低雷諾數；螺旋槳；葉素理論；性能計算；MATLAB；XFOIL

電動多旋翼無人飛行器在民用低空拍攝，架設電線、軍用偵查等領域得到廣泛應用。旋翼槳葉旋轉時與周圍空氣相互作用，產生軸向拉力，為飛行提供升力。電動多旋翼飛行器設計中為了簡化機體結構和控制系統而普通采用幾何定距螺旋槳。動量葉素理論、渦流理論是計算空氣螺旋槳氣動性能的主要方法。文章基于動量葉素理論[1]公式，簡化模型，利用matlab編制程序，利用Xfiol[2]（翼型分析軟件）計入粘性計算出翼型的二維升阻系數值，通過迭代計算，得到懸停和垂直飛行時螺旋槳的性能參數。

3 結束語

實際槳盤誘導速度沿槳葉是非均勻分布的，需通過復雜的數值計算才能得到近似的分布值，通過簡化理論模型，忽略影響槳盤平面誘導速度大小與分布的因素，減少計算量。計算得到的槳葉結構參數，是基于二維翼型氣動特性進行迭代而得出，而沒有進行翼型優化設計與三維流場的數值分析。表中的計算結果為下一步的優化算法提供初值。

參考文獻

[1]劉沛清.空氣螺旋槳理論及其應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[2]Mark Drela. XFOIL：An Analysis and Design System for Low Reynolds Number Airfoils. MIT Dept of Aeronautics and Astronautics，Cambridge，Massachusetts.

[3]ManikandanRamasamy.FlowfieldofaRotating-WingMicroAirVeh

icle[J].JOURNAL OF AIRCRAFT，2007.

[4]吳大衛，李寒冰.微小型垂直起降飛行器升力螺旋槳實驗[J].航空動力學報，2011，26（4）：898-902.

[5]朱自強，王曉璐.小型和微型無人機的氣動特點和設計[J].航空學報，2006，27（3）：354-364.

[6]項松.一種高效率螺旋槳設計方法[J].航空動力學報，2015.

[7]J.F.Marchman.Clark-Y Airfoil Performance at Low Reynolds Numbers[J].AIAA，1984：52.

作者簡介：張利國（1972-），男，碩士生導師，主要研究方向：飛行器連接與裝配技術。

謝朝輝（1990-），男，山東臨沂人，在讀碩士，主要研究方向：飛機結構強度分析與試驗。