低雷诺数下超微型复合材料旋翼流固耦合分析研究

复合材料轻薄旋翼在气动力的作用下发生结构变形和振动是造成旋翼推进性能改变和破坏的重要原因之一。针对超微型复合材料旋翼,搭建了基于非接触式超微型旋翼模态试验测量平台,研究了旋翼结构固有特性,建立了旋翼铺层复合材料的有限元模型,并用实验模态数据验证了有限元模型的准确性。搭建了可测量微小力和扭矩的超微型旋翼推进性能试验平台,获得了超微型旋翼的推进特性。结合基于多块结构化网格、多参考坐标系运动域方法以及两方程湍流模型的流体求解器和基于有限元方法结构动响应求解器,开展了超微型旋翼流固耦合研究,分析了柔性旋翼的响应和推进特性,并同实验数据进行了对比,结果发现耦合计算中旋翼结构呈现以2阶模态振型为主的上拍现象,耦合计算得到的旋翼推力和扭矩相比实验值误差仅为7%,而非耦合状态计算误差可达11%,且耦合计算时旋翼结构系统稳定,未发生颤振现象。研究表明了采用流固耦合方法研究旋翼气动和结构性能的必要性。