机臂内倾角对多旋翼植保无人机下洗气流的影响及规律分析

植保无人机机臂内倾角可提高无人机飞行及悬停中的稳定性,是影响旋翼风场分布规律的因素之一.该研究以六旋翼植保无人机为试验对象,基于雷诺平均N-S方程、RNG k-ε 湍流模型等,通过ANSYS Fluent分别建立具有0°、2°、4°、6°、8°机臂内倾角的六旋翼植保无人机三维计算流体动力学(CFD)模型,对无人机下洗气流流场进行数值模拟,分析无人机不同机臂内倾角的气流场分布特性;在此基础上,通过标记点进行了下洗气流速度测试试验.仿真分析表明:无人机悬停状态时,相比于机臂内倾角为0°的情况,多旋翼无人机机臂内倾不会引起下洗气流在时间维度上的显著差异,3 s时下洗气流在地面铺展开并趋于稳定;下洗气流从旋翼正下方形成后,向无人机中轴线方向倾斜收缩,从0°到8°,随着内倾角增大,下洗气流向中轴线方向倾斜收缩趋势减弱,8°时下洗气流已无收缩趋势,沿竖直方向垂直向下流动至地面;随着内倾角增大,气流速度线性衰减幅度也会增大,0°和8°情况下衰减幅度相差1 m/s.此外,不同机臂内倾角下,旋翼中心正下方和"引入区"的下洗气流速度变化规律和变化节点基本一致,"导出区"气流速度变化规律相似,但变化节点的位置不尽相同;"引入区"气流速度明显大于"导出区"气流速度,气流速度在空间分布的差异会对雾滴沉积均匀性产生影响.采用微型无线风速采集系统开展了各测量点下洗气流竖直方向速度分量的测试试验,风速采集系统测量误差小于0.3 m/s且一致性好;试验表明旋翼正下方1.1～2.3 m高度处和近地面0.2～0.8 m高度处各测量点试验值与模拟值的平均相对误差分别在10％和20％以内.仿真与试验结果为植保无人机的结构设计与优化提供研究基础.