Новый способ увеличения тяги воздушного винта путем применения дополнительной несущей поверхности

Воздушные винты, используемые в малогабаритных беспилотных летательных аппаратах, функционируют в области малых чисел Рейнольдса. Аэродинамическая сила, возникающая на лопасти при работе воздушного винта, является переменной. Для чисел Рейнольдса менее 5⋅105 на некоторых участках внешней поверхности винта возникает явление срыва ламинарного течения. Чтобы устранить это явление, повысить подъемную силу на лопасти и тем самым уменьшить пограничный слой турбулентности, разработана и запатентована новая конструкция воздушного винта, названная двухлопастным воздушным винтом. Эта конструкция имеет дополнительную лопасть над основной. Для образцов двухлопастных воздушных винтов с помощью программы ANSYS Fluent определены положения, в которых снижаются индуктивное сопротивление и пограничный слой турбулентности и повышается подъемная сила. В лабораторных условиях выполнено исследование статической силы тяги двухлопастного воздушного винта на стенде, обеспечивающем измерение моментов при частоте вращения 2000…4500 мин^–1. Сделан сравнительный анализ двухлопастного воздушного винта с классическим.

Литература

[1] Герасимов О.В., Крицкий Б.С. Расчет воздушного винта беспилотного летательного аппарата с учетом числа Рейнольдса и степени редукции. Научный вестник МГТУ ГА, 2014, № 200, c. 79–85.

[2] Mueller T.J., DeLaurier J.D. Aerodynamics of Small Vehicles. Annual Review of Fluid Mechanics, 2003, vol. 35, no. 1, pp. 89–111, doi: 10.1146/annurev.fluid.35.101101.161102

[3] Brandt J.B., Selig M.S. Propeller Performance Data at Low Reynolds Numbers. 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting, 4–7 January 2011, Orlando, FL, American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc. publ., 2011, pp. 1–18.

[4] Липин А.В., Остроухов С.П., Серохвостов С.В., Устинов М.В., Флаксман Я.Ш., Шустов А.В. Экспериментальное исследование зависимости характеристик воздушного винта от числа Рейнольдса. Ученые записки ЦАГИ, 2007, т. XXXVIII, № 3–4, с. 102–110.

[5] Брыляков А.П., Жаркова Г.М., Занин Б.Ю., Коврижина В.Н., Сбоев Д.С. Отрыв потока на прямом крыле при повышенной внешней турбулентности. Ученые записки ЦАГИ, 2004, т. XXXV, № 1–2, с. 57–62.

[6] Трунев А. Теория и константы пристенной турбулентности. Научный журнал КубГАУ, 2010, № 58(04), с. 383–394. URL: http://ej.kubagro.ru/2010/04/pdf/24.pdf (дата обращения 15 мая 2019).

[7] Deters R.W., Ananda G.K., Selig M.S. Reynolds Number Effects on the Performance of Small-Scale Propellers. 32nd AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2014, Atlanta, GA, United States, 16–20 June 2014, p. 106134, doi: 10.2514/6.2014-2151

[8] Selig M.S., McGranahan B.D. Wind Tunnel Aerodynamic Tests of Six Airfoils for Use on Small Wind Turbines. Journal of Solar Energy Engineering, Transactions of the ASME, 2004, vol. 126(4), pp. 986–1001, doi: 10.1115/1.1793208

[9] Ruiz-Calavera L.P., Perdones-Diaz D. CFD based aeroelastic calculation of propeller loads. 28th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 2012, vol. 1, pp. 836–846.

[10] Wald Q.R. The aerodynamics of propellers. Progress in Aerospace Sciences, 2006, vol. 42, iss. 2, pp. 85–128, doi: 10.1016/j.paerosci.2006.04.001

[11] Batzorigt E., Yondon E. Bi-blade high efficiency propeller. 18th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR-2016), Perm, Russia, June 27–July 3, 2016, Perm, Russia, 2016, vol. 1770.