CN113002771A - 一种低噪声无人机旋翼 - Google Patents

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刘集善
邹节志
朱明昊
朱宝康
许堂虹
侯振华
彭志伟
夏召芳
司腾飞
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Abstract

本发明提供一种低噪声无人机旋翼，涉及无人机技术领域，所述旋翼包含四个叶片：两个对位上反叶片与两个对位下反叶片。其中上反叶片具有上反翼尖，下反叶片具有下反翼尖，所述翼尖均具有尖削与后掠的结构特征。本发明通过上反与下反叶片相结合的设计，减小了旋转过程中翼尖涡对旋翼叶片的干扰，同时通过上反、下反、后掠、尖削的翼尖结构削弱翼尖涡的强度并提高升阻比，具有结构简单、便于加工、升阻比高、低噪声的特点。

Description

一种低噪声无人机旋翼
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种低噪声无人机旋翼。
背景技术
随着无人机应用领域的不断延伸，无人机噪声愈发成为热议的话题，因此作为无人机主要噪声源之一的旋翼也愈发受到众多科研人员的关注。
无人机旋翼噪声可分为厚度噪声、载荷噪声、宽带噪声、桨-涡干扰噪声。厚度噪声由桨叶排开空气引起；载荷噪声由桨叶表面载荷引起；宽带噪声的形成机理较多，目前已经认识的有：自噪声、摄入噪声和桨叶-尾迹干扰噪声；桨-涡干扰噪声由桨叶与翼尖涡相互干扰引起。其中，桨-涡干扰噪声的主要音频位于人耳听觉敏感域内，一旦桨-涡干扰发生，其产生的噪声将掩盖其他噪声。
旋翼在产生正升力时，下翼面压强高于上翼面，导致气流从下表面高压区绕过翼尖到达上表面低压区，同时形成一定强度的翼尖涡。翼尖涡的形成会降低旋翼的升力，同时会与旋翼叶片相互干扰产生较强的噪声。无人机旋翼会通过提高转速来弥补翼尖涡造成的升力缺失，但更高的转速也会引起更强的翼尖涡与更大的噪声。
目前市场上无人机使用的旋翼多为平直外形，少数带有削尖、后掠的翼尖结构，但均无法有效削弱翼尖涡。因此亟需一种能够有效削弱旋翼翼尖涡、提升升力的低噪声旋翼。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高效低噪旋翼，以解决现有无人机旋翼无法有效削弱翼尖涡、效率低、噪声大的问题。
本发明包含两个对位下反叶片2与两个对位上反叶片3，其中下反叶片具有下反翼尖1，上反叶片具有上反翼尖4；所述翼尖均具有尖削结构与后掠角；所述叶片大小均相等。
所述的上反叶片3与下反叶片2与均与桨盘平面成5°夹角。
所述的翼尖上反与下反角度均为45°。
所述的翼尖的尖削结构部分根梢比为5∶1。
所述的翼尖后缘后掠角为47°。
本发明的有益效果在于：
1.采用四叶片结构，相较于采用较多的双叶片结构，在相同实度与升力条件下，能够将原本较强的两个翼尖涡流变为较弱的四个翼尖涡流，避免了强桨-涡干扰的产生，降低桨-涡干扰噪声；同时也增加了叶片的展弦比，分散了噪声能量，降低了厚度与载荷噪声。
2.采用双上反叶片与双下反叶片相结合的结构，在削弱翼尖涡流的同时，增加了叶片与翼尖涡的干扰距离，削弱桨-涡干扰；在前飞时，前叶翼尖涡无法有效干扰到随后到来的邻位叶片，减少了桨-涡干扰现象的发生。
3.采用上反与下反桨尖，进一步增大桨-涡的干扰距离，同时可起到翼尖端板的作用，削弱翼尖涡。
4.采用后掠与尖削的翼尖结构，尖削结构可以减弱旋翼厚度噪声，后掠结构可通过减弱多普勒效应来降噪。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为上反叶片结构示意图
图3为下反叶片结构示意图
图4为翼尖后掠结构示意图
图5为本发明悬停姿态翼尖涡流示意图
图6为参照四叶平翼悬停姿态翼尖涡流示意图
图7为5000RPM悬停工况下于旋翼正下方4m处监测获取的声压频谱图
其中：1.下反翼尖 2.下反叶片 3.上反叶片 4.上反翼尖
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行描述。
如图1至图4所示，本发明包含两个对位下反叶片2与两个对位上反叶片3，其中下反叶片具有下反翼尖1，上反叶片具有上反翼尖4；所述翼尖均具有尖削结构与后掠角；所述叶片大小均相等。
所述的上反叶片3与下反叶片2与均与桨盘平面成5°夹角。
所述的翼尖上反与下反角度均为45°。
所述的翼尖的尖削结构部分根梢比为5∶1。
所述的翼尖后缘后掠角为47°。
如图5至图7所示，相较于平直翼，上下反叶片相结合的结构使得旋翼翼尖涡更早耗散。旋翼工作时会在翼尖产生四个翼尖涡，上反与下反叶片相结合增大了桨-涡干扰的距离，使得上反叶片的翼尖涡无法对下反叶片形成较强干扰。在叶片实度相等的条件下，四叶片较双叶片产生的翼尖涡流强度较小，同时也分散了噪声能量，使得旋翼整体噪声降低。上反与下反翼尖能够削弱翼尖涡流，同时进一步增大桨-涡干扰的距离，降低了旋翼的噪声并提高旋翼的升阻比。翼尖的后掠结构则能够削弱多普勒效应，在前飞姿态时帮助降噪。根据仿真结果，相较于参照平直翼，本发明升力提升约6.2％(5.30N→5.63N)，在5000RPM悬停工况下，旋翼正下方4m处监测获取的噪声降低2.68dB(54.88dB→52.20dB)。

Claims (5)

1.一种低噪声无人机旋翼，其特征在于，所述旋翼包含两个对位下反叶片(2)与两个对位上反叶片(3)，其中：下反叶片(2)具有下反翼尖(1)，上反叶片(3)具有上反翼尖(4)；所述翼尖均具有尖削结构与后缘后掠角；所述叶片大小均相等。
2.按权利要求1所述的上反叶片(3)与下反叶片(2)均与桨盘平面成5°夹角。
3.按权利要求1所述的翼尖上反与下反角度均为45°。
4.按权利要求1所述的翼尖的尖削结构部分根梢比为5∶1。
5.按权利要求1所述的翼尖后缘后掠角为47°。
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