Оценка определения аэродинамических характеристик воздушного винта для беспилотного летательного аппарата посредством численного моделирования и 3D сканирования


Авторы

Исмагилов Ф. Р., Вавилов В. Е.*, Мустаев Э. И.**, Уразбахтин Р. Р., Кильметов Р. А.

Уфимский университет науки и технологий, ул. Заки Валиди, 32, Уфа, 450076, Россия

*e-mail: s2_88@mail.ru
**e-mail: edgar.mustaev@mail.ru

Аннотация

Проведена оценка эффективности методики определения аэродинамических характеристик воздушного винта для беспилотного летального аппарата. На первом этапе методики производится создание твердотельной модели геометрии движителя средствами 3D сканирования и CAD-систем. На втором этапе полученная модель геометрии используется в трехмерном численном моделировании, основанном на решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса в CFD-пакете программ. Оценка эффективности методики осуществлялась по критериям точности и трудоемкости посредством валидации на основе общедоступных данных. Максимальное и минимальное отклонения расчетных значений от экспериментальных на всем исследованном диапазоне частот вращения воздушного винта по моменту сопротивления составили соответственно 8,229 и 0,295%. Аналогично, максимальное и минимальное отклонения по тяге исследуемого движителя составили соответственно 7,658 и 3,306%.

Ключевые слова:

аэродинамические характеристики, численное моделирование, 3D сканирование, воздушный винт, валидация, беспилотный летательный аппарат

Библиографический список

  1. Каримов А.Х. Возможности беспилотных авиационных систем следующего поколения // Труды МАИ. 2011. № 47. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=26768
  2. Агаев Ф.Г., Асадов Х.Г., Асланова А.Б. Много функциональные беспилотные летательные аппараты. Оптимизация и синтез с учетом воздействия шумов // Труды МАИ. 2021. № 117. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=156313. DOI: 10.34759/trd-2021-117-16
  3. Каримов А.Х. Цели и задачи, решаемые беспилотными авиационными комплексами нового поколения // Труды МАИ. 2011. № 47. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=26767
  4. Каримов А.Х. Особенности проектирования беспилотных авиационных систем нового поколения // Труды МАИ. 2011. № 47. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=26769
  5. Deters R.W., Kleinke S., Selig M.S. Static testing of propulsion elements for small multirotor unmanned aerial vehicles // 35th AIAA Applied Aerodynamics Conference, 2017, AIAA 2017-3743. DOI: 10.2514/6.2017-3743
  6. Hage C., Sophy T., Aglzim E.-H. Investigating UAV Propellers Performances Near Moving Obstacles: CFD Study, Thrust Control, and Battery Energy Management // IEEE Open Journal of Vehicular Technology, 2023, vol. 4, pp. 590-609. DOI: 10.1109/OJVT.2023.3309103
  7. Afari S.O., Mankbadi R.R., Golubev V.V. Towards High-fidelity Analysis of Noise Radiation and Control of Propeller-driven UAV // 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA 2019-2632, 2019. DOI: 10.2514/6.2019-2632
  8. Kim D.H., Park C.H., Moon Y.J. Aerodynamic Analyses on the Steady and Unsteady Loading-Noise Sources of Drone Propellers // International Journal of Aeronautical and Space Sciences, 2019, vol. 20, pp. 611-619. DOI: 10.1007/s42405-019-00176-3
  9. Thai A., Grace S.M. Prediction of small quadrotor blade induced noise // 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, 2019, AIAA 2019-2684. DOI: 10.2514/6.2019-2684
  10. Wilkins R., Bouferrouk A. Numerical framework for aerodynamic and aeroacoustics of bio-inspired UAV blades // The Aerospace Europe Conference 2023 – 10ᵀᴴ EUCASS – 9ᵀᴴ CEAS, 2023.
  11. Bibeau V., Barbeau L., Boffito D.C., Blais B. Artificial neural network to predict the power number of agitated tanks fed by CFD simulations // The Canadian Journal of Chemical Engineering, 2023, vol. 101, iss. 10, pp. 5992-6002. DOI: 10.1002/cjce.24870
  12. Wilhelm D. Rotating Flow Simulations with OpenFOAM // International Journal of Aeronautical Science & Aerospace Research (IJASAR), 2015.
  13. Mankbadi R.R., Afari S.O., Golubev V.V. Simulations of Broadband Noise of a Small UAV Propeller // AIAA Scitech 2020 Forum, 2020, AIAA 2020-1493. DOI: 10.2514/6.2020-1493
  14. Garofano-Soldado A., Heredia G., Ollero A. Aerodynamic interactions of non-planar rotor pairs and model derivation in ground approach // Aerospace Science and Technology, 2023, vol. 142, part B. DOI: 10.1016/j.ast.2023.108672
  15. Paz C., Suárez E., Gil C., Vence J. Assessment of the methodology for the CFD simulation of the flight of a quadcopter UAV // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2021, vol. 218. DOI: 10.1016/j.jweia.2021.104776
  16. Paz C., Suárez E., Gil C., Vence J. CFD analysis of the aerodynamic effects on the stability of the flight of a quadcopter UAV in the proximity of walls and ground // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2020, vol. 206. DOI: 10.1016/j.jweia.2020.104378
  17. Никольский А.А. Применение метода PGT при оптимизации аэродинамических характеристик вертолетного профиля // Труды МАИ. 2024. № 134. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=178466
  18. Тарасов А.Л. Численное исследование особенностей обтекания вертолетных профилей в эксплуатационном диапазоне изменения углов атаки и чисел Маха // Труды МАИ. 2023. № 131. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=175919. DOI: 10.34759/trd-2023-131-17
  19. Игнаткин Ю.М., Константинов С.Г. Исследование аэродинамических характеристик несущего винта вертолета методом CFD // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=30875
  20. Вершков В.А., Крицкий Б.С., Махнев М.С. и др. Сравнение результатов численного моделирования обтекания несущего винта в различных пакетах программ // Труды МАИ. 2016. № 89. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=72704
  21. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное моделирование прикладных задач аэродинамики вертолета на базе нелинейной лопастной вихревой модели винта // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=65636
  22. Игнаткин Ю.М., Константинов С.Г. Исследование аэродинамических характеристик профиля и законцовок лопасти несущего винта вертолета методами CFD // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=30874
  23. Simcenter STAR-CCM+ Documentation, Version 2306. Simcenter Digital Industries Software, 2023. DOI: 10.13140/RG.2.2.20194.68808
  24. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. California: DCW Industries, 2006, 522 p.
  25. ANSYS CFX-Solver Theory Guide, Release 23, ANSYS Inc, USA, 2023.
  26. Гарбарук A.B. Течения вязкой жидкости и модели турбулентности: методы расчёта турбулентных течений. – СПб.: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2007. – 127 с.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход