CN113029501A

CN113029501A - 直流式螺旋桨测试声学风洞

Info

Publication number: CN113029501A
Application number: CN202110390630.4A
Authority: CN
Inventors: 王桦; 华杰; 李相成; 刘伟
Original assignee: Shenzhen Feima Robotics Co ltd
Current assignee: Shenzhen Feima Robotics Co ltd
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2021-06-25

Abstract

本发明提供一种直流式螺旋桨测试声学风洞，包括依次连接的动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段、实验段和第二扩散段，其中，所述相互连接的动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段、实验段和第二扩散段构成气流流动的通道，所述收缩段的出口与所述实验段相连通，所述第二扩散段的进口与所述实验段相连通。上述风洞占地小、建造成本很低、建造安装方便简单、使用和维护成本低以及实验段可以兼容各种气动及声学实验。

Description

直流式螺旋桨测试声学风洞

技术领域

本发明涉及声学风洞技术领域，尤其涉及一种直流式螺旋桨测试声学风洞。

背景技术

无人机被广泛用于测绘、拍摄、农业等领域。动力装置是无人机的最重要部件之一，而螺旋桨作为无人机的动力装置的设计及选型很重要。但是市面上所有螺旋桨都只能提供静拉力数据，同时验证螺旋桨的性能也只能通过飞行实际测试，这对于螺旋桨的设计和选型不利。随着无人机的普及，螺旋桨的噪声也被人越来越关注，所以螺旋桨的噪声测试和降噪设计也很关键。

风洞是可以模拟飞行时流场的常用试验装置，它是进行空气动力和气动噪声研究最常用也是验证气动和降噪优化设计最直接有效的方法。虽然现在数值模拟技术迅速发展，但是其计算精度还是有待提高，尤其是对于螺旋桨这样的非定常流体和噪声的计算不是很准确而且计算时间成本高。风洞其是气动声学风洞的建造成本较高，占地面积大，不方便安装建造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流式螺旋桨测试声学风洞，旨在解决现有技术中的建造成本较高、占地面积大、不方便安装建造等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种直流式螺旋桨测试声学风洞，包括依次连接的动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段、实验段和第二扩散段，其中，所述相互连接的动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段、实验段和第二扩散段构成气流流动的通道，所述收缩段的出口与所述实验段相连通，所述第二扩散段的进口与所述实验段相连通。

进一步地，所述实验段的内表面设置有消音结构。

进一步地，所述第一扩散段的进口与所述动力段相连，所述第一扩散段的出口与所述消声段相连，沿着所述第一扩散段的进口到所述第一扩散段的出口的方向，所述第一扩散段的横截面逐渐变大。

进一步地，沿着所述第二扩散段的进口到所述第二扩散段的出口的方向，所述第二扩散段的横截面逐渐变大。

进一步地，所述收缩段的侧面由维托辛斯曲线绕一轴线旋转一周而成，所述维托辛斯曲由下述方程描述：

其中，R2为所述收缩段的出口的半径，R1为所述收缩段的进口的半径，L为所述收缩段的长度。

进一步地，所述消声段包括微穿孔板吸声结构。

进一步地，所述稳定段包括对气流起导向作用的蜂窝器。

进一步地，所述稳定段包括能降低湍流度的网纱。

进一步地，所述动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段和第二扩散段的横截面均为圆形。

进一步地，所述实验段为封闭的房间。

进一步地，所述实验段与一测试控制室连接，所述实验段与所述测试控制室相邻的面上安装有门，所述测试控制室内安装有电脑和变频控制器。

本发明的有益效果是：上述风洞占地小、建造成本很低、建造安装方便简单、使用和维护成本低以及实验段可以兼容各种气动及声学实验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的风洞的构造示意图；

图2为本发明实施例中提供的风洞整体俯视图；

图3为形成本发明实施例中提供的风洞的收缩段的维托辛斯曲线；

图4本发明实施例中提供的风洞中除去实验段后的各段的示意图；

图5为本发明实施例中提供的风洞的第二扩散段的示意图。

图6为本发明实施例中提供的风洞的实验段的内部结构示意图。

其中，图中各附图标记：

风洞100；动力段1；第一扩散段2；消声段3；稳定段4；收缩段5；实验段6；第二扩散段7；测试控制室8；保护板9；收缩段的进口10；收缩段的出口11；唇口12；第二扩散段的进口13；尖劈三角14。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

风洞实验的依据是流动的相似性和相对性，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。参考图1和图2，本发明实施例提供一种直流式螺旋桨测试声学风洞100包括从左至右依次连接的动力段1、第一扩散段2、消声段3、稳定段4、收缩段5、实验段6和第二扩散段7，其中，所述相互连接的动力段1、第一扩散段2、消声段3、稳定段4、收缩段5、实验段6和第二扩散段7构成气流流动的通道，所述收缩段5的出口与所述实验段6相连通，所述第二扩散段7的进口与所述实验段6相连通。

通过上述配置，直流式螺旋桨测试声学风洞100可以具有如下优点：占地小、建造成本很低、建造安装方便简单、使用和维护成本低以及实验段可以兼容各种气动及声学实验。

动力段1是风洞的驱动系统，其用于驱动空气流动以产生所需的风速。在一实施方式中，可以采用风机产生风，风机可以由电机组和由它驱动的风扇组成。风扇旋转使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。

第一扩散段2和第二扩散段7用于将气流的动能转换压力能从而减小能量损失。消声段3用于降低音空气流动而生产的噪声。稳定段4用于提高气流匀直度、降低湍流度。收缩段5使气流均匀加速收缩。实验段6用于对模型进行必要测量和观察。在一实施方式中，除实验段6之外的其他上述部分均采用不锈钢或铝合金，实验段6可以用活动板房搭建。在一实施方式中，与所述实验段6的3个侧面伸出有保护板9，用于对上述各段进行保护以及形成一测试控制室8(在下文中详细介绍)，所述保护板9内部安装吸音材料，用以降低噪音。

在一实施方式中，所述动力段1、第一扩散段2、消声段3、稳定段4、收缩段5和第二扩散段7的横截面均为圆形。所述动力段1的外周表面、第一扩散段2的外周表面、消声段3的外周表面、稳定段4的外周表面、收缩段5的外周表面和第二扩散段7的外周表面均为回转面。上述各个外周表面可为绕同一轴线而成的回转面。可以理解地，在其他实施方式中，上述各段的横截面可为其他形状，例如方形。

在一实施方式中，所述第一扩散段2的进口与所述动力段1相连，所述第一扩散段2的出口与所述消声段3相连，沿着所述第一扩散段2的进口到所述第一扩散段2的出口的方向，所述第一扩散段2的横截面逐渐变大。

在一实施方式中，所述消声段3包括微穿孔板吸声结构。微穿孔板吸声结构由微孔和空腔两个基本声学单元组成，微穿孔板利用微穿孔自身的声阻来控制结构的相对声阻，通过腔的共振吸收声能量，从而可以取消穿孔板后的吸声材料，大大简化吸声结构。

在一实施方式中，所述稳定段4包括对气流起导向作用的蜂窝器(例如六角形蜂窝器)。稳定段4的长度一般为收缩段5进口的直径的0.5-1.0倍，优选为收缩段5进口的直径的0.5倍。

在一实施方式中，所述稳定段4包括能降低湍流度的网纱。网纱可以降低湍流度还可以使气流速度分布更趋均匀，优选的选用两层网纱，相邻间距为20cm。

参考图3，在一实施方式中，所述收缩段5的周向侧面由维托辛斯曲线绕一轴线旋转一周而成，所述维托辛斯曲由下述方程描述：

其中，R2为所述收缩段5的出口的半径，R1为所述收缩段5的进口的半径，L为所述收缩段5的长度，x为维托辛斯曲线上半径为R处的点与收缩段5的出口之间在轴向上的距离。

在一实施方式中，所述收缩段5的出口的直径可根据待测试的螺旋桨的直径来设置。例如，假设待测试螺旋桨的直径最大为29寸，则允许测试直径与收缩段5出口直径的比例系数范围在0.5-0.6。优选的比例系数为0.6，所以收缩段5的出口的直径可以设置为1.2m(即29英寸*2.54/0.6＝1.22m，取1.2m)。

在一实施方式中，收缩段5的出口到第二扩散段7进口的距离长度与收缩段5的出口的直径的比值一般为2.0-2.5，优选为2.1。

参考图4，在一实施方式中，收缩段5的收缩比(即收缩段5进口10的直径与收缩段5出口11的直径的比值)为2。收缩段5的长度一般为收缩段5进口直径的0.5-1.0倍，优选的取收缩段进口的直径的0.6倍。

参考图5，在一实施方式中，沿着所述第二扩散段7的进口到所述第二扩散段的出口的方向，所述第二扩散段7的横截面逐渐变大。第二扩散段7的扩张角A优选的为6°，第二扩散段长度L为3.5m。

参考图4，在一实施方式中，由于与实验段6连通的收缩段5的开口处有射流边界，同样与试验段6连接的第二扩散段7的进口13处需要设置有唇口12。所述唇口12呈喇叭口状，即其直径自进口13处开始在沿着远离进口13的方向逐渐变大。

参考图6，在一实施方式中，所述实验段6为封闭的房间。所述实验段6的内表面设置有消音结构，例如其六个内表面均安装尖劈三角14用于消音，底面的尖劈三角上面安装地网用于人员走动和安装测试架。所述实验段6的四个角上方均可安装摄像头用于观察测试情况。参考图1，在一实施方式中，所述实验段6与一测试控制室8连接，与测试控制室8相邻的面上安装有门。所述测试控制室8内安装有电脑和变频控制器，电脑可以用于控制变频器来控制动力段1中的电机或风机的转速，电脑还用于收集测试数据等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，包括依次连接的动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段、实验段和第二扩散段，其中，所述相互连接的动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段、实验段和第二扩散段构成气流流动的通道，所述收缩段的出口与所述实验段相连通，所述第二扩散段的进口与所述实验段相连通。

2.根据权利要求1所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述实验段的内表面设置有消音结构。

3.根据权利要求1所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述第一扩散段的进口与所述动力段相连，所述第一扩散段的出口与所述消声段相连，沿着所述第一扩散段的进口到所述第一扩散段的出口的方向，所述第一扩散段的横截面逐渐变大。

4.根据权利要求1所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，沿着所述第二扩散段的进口到所述第二扩散段的出口的方向，所述第二扩散段的横截面逐渐变大。

5.根据权利要求1所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述收缩段的侧面由维托辛斯曲线绕一轴线旋转一周而成，所述维托辛斯曲由下述方程描述：

6.根据权利要求1-5项中任意一项所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述消声段包括微穿孔板吸声结构。

7.根据权利要求1-5项中任意一项所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述稳定段包括对气流起导向作用的蜂窝器。

8.根据权利要求1-5项中任意一项所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述稳定段包括能降低湍流度的网纱。

9.根据权利要求1-5项中任意一项所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述动力段、第一扩散段、消声段、稳定段、收缩段和第二扩散段的横截面均为圆形。

10.根据权利要求1-5项中任意一项所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述实验段为封闭的房间。

11.根据权利要求1-5项中任意一项所述的直流式螺旋桨测试声学风洞，其特征在于，所述实验段与一测试控制室连接，所述实验段与所述测试控制室相邻的面上安装有门，所述测试控制室内安装有电脑和变频控制器。