نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه هوافضا-پیشرانش، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران،ایران
2 دانشجوی دکتری مهندسی هوافضا-آیرودینامیک/دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مکانیک
چکیده
در دهه‌های اخیر، استفاده از پهپادها به عنوان بخشی از زیرساخت های حمل و نقل شهری و منطقه ای و همچنین کاربردهای نظامی توسعه فراوانی پیدا کرده است. از طرفی، نوفه آیرودینامیکی بالای آن‌ها، یکی از چالش‌های جدی جهت اخذ گواهینامه صلاحیت پروازی برای این وسائل پرنده است. مهمترین منبع نوفه در مولتی روتورها، هواپیماها و پهپادهای ملخی با موتور الکتریکی و یا حتی موتور توربوپراپ، نوفه ناشی از ملخ است. در مطالعه حاضر، جهت شناخت بیشتر مکانیزم‌های موثر بر نوفه ملخ در اعداد رینولدز پایین و بررسی حساسیت نوفه به دور ملخ و زاویه قطبی انتشار آن، نوفه دوردست یک ملخ نمونه پهپاد به روش تجربی مورد ارزیابی گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که نوفه ملخ شامل نوفه‌های تونال و پهن‌باند بوده به‌طوری که در فرکانس‌های پایین، بزرگترین نوفه تونال ملخ در فرکانس عبور پره رخ داده و هارمونیک‌های آن تا فرکانس‌های بالا همچنان قابل رویت هستند. از طرفی، اجزای پهن‌باند نوفه در محدوده‌های فرکانس متوسط و بالا غالب هستند. افزایش دور ملخ منجر به افزایش دامنه هر دو طیف نوفه تونال و پهن‌باند شده به طوری که مقادیر سطح فشار صوتی کل و طیف نوفه ملخ در اولین فرکانس عبور پره با افزایش دور ملخ افزایش یافته است. در نهایت نتایج نشان داد که نوفه پهن‌باند نسبت به نوفه تونال حساسیت بالاتری نسبت به زاویه انتشار صوت دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Experimental investigation of aerodynamic noise of the drone propeller at low Reynolds numbers
نویسندگان [English]
- Abbas Afshari 1
- Jaber Ragani Lamouki 2
1 Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, ,Tehran, Iran
2 P h.D student/Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده [English]
In recent decades, the use of drones as part of urban and regional transport infrastructure, as well as military applications, has developed extensively. Contrarily, their high aerodynamic noise is one of the serious challenges to obtaining a certificate of airworthiness for these flying devices. The most important source of noise in multi-rotors, airplanes, and propeller drones with electric motors or even turboprop engines is the noise caused by propellers. In the present study, to learn more about the mechanisms affecting the propeller's noise at low Reynolds numbers and to investigate the sensitivity of the noise to the propeller rotational speed and the polar angle of its propagation, the far-field noise of a drone propeller has been evaluated experimentally. The results show that the propeller's noise includes tonal and broadband noise, so that at low frequencies, the largest propeller tonal noise occurs at the blade pass frequency, and its harmonics are still visible up to high frequencies. On the other hand, the broadband components of noise predominate in the medium and high-frequency ranges. The increase in propeller rotational speed has led to an increase in the amplitude of both the tonal and broadband noise spectrum, so that the values of the overall sound pressure level and the noise spectra of the propeller at the first blade pass frequency have increased with the increment of the propeller speed. Finally, the results showed that broadband noise has a higher sensitivity to the polar angle of sound propagation than tonal noise.
کلیدواژه‌ها [English]
- propeller
- aerodynamic noise
- Sound Pressure Level
- directivity
- frequency
- Charavgis, F., Monitoring and assessing concrete bridges with intelligent techniques. 2016.
- Hassanalian, M. and A. Abdelkefi, Classifications, applications, and design challenges of drones: A review. Progress in Aerospace sciences, 2017. 91: p. 99-131.
- Theodore, C.R. A summary of the nasa design environment for novel vertical lift vehicles (DELIVER) project. in Transformative Vertical Flight Workshop. 2018.
- Christian, A.W. and R. Cabell. Initial investigation into the psychoacoustic properties of small unmanned aerial system noise. in 23rd AIAA/CEAS aeroacoustics conference. 2017.
- Zawodny, N.S., A. Christian, and R. Cabell. A summary of NASA research exploring the acoustics of small unmanned aerial systems. in 2018 AHS Technical Meeting on Aeromechanics Design for Transformative Vertical Flight. 2018.
- Müller, G. and M. Möser, Handbook of engineering acoustics. 2012: Springer Science & Business Media.
- Lee, S., K.S. Brentner, and P.J.J.J.o.t.A.H.S. Morris, Long-range and nonlinear propagation of helicopter high-speed impulsive noise. 2017. 62(2): p. 1-10.
- Gea Aguilera, F., Aerodynamic and aeroacoustic modelling of engine fan broadband noise. 2017, University of Southampton.
- Pettingill, N.A., et al. Acoustic and performance characteristics of an ideally twisted rotor in hover. in AIAA Scitech 2021 Forum. 2021.
- Brooks, T.F. and C.L.J.J.o.t.A.h.S. Burley, Blade wake interaction noise for a main rotor. 2004. 49(1): p. 11-27.
- Deters, R.W., G.K. Ananda Krishnan, and M.S. Selig. Reynolds number effects on the performance of small-scale propellers. in 32nd AIAA applied aerodynamics conference. 2014.
- Brandt, J. and M. Selig. Propeller performance data at low reynolds numbers. in 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. 2011.
- Tinney, C.E. and J. Sirohi, Multirotor drone noise at static thrust. Aiaa Journal, 2018. 56(7): p. 2816-2826.
- Feight, J.A., et al. Acoustic characterization of a multi-rotor UAS as a first step towards noise reduction. in 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting. 2017.
- Lu, Z., M. Debiasi, and B.C. Khoo. Acoustic characteristics of a multi-rotor MAV and its noise reduction technology. in INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings. 2016. Institute of Noise Control Engineering.
- Intaratep, N., et al. Experimental study of quadcopter acoustics and performance at static thrust conditions. in 22nd AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference. 2016.
- Begault, D.R. Ambient Noise Measurement for UAM Metric Analysis and Research. in Acoustics and Urban Air Mobility Technical Working Group Meeting. 2019.
- Bendat, J.S. and A.G. Piersol, Random data: analysis and measurement procedures. 2011: John Wiley & Sons.
- Ragani Lamouki, J., A. Afshari, and M. Pasandidehfard, Experimental investigation of the surface pressure spectrum on a high-swept-back delta wing. 2023. 11(1): p. 48-58.
- Amirzdeh, M., Hosseini Moradi, S. A., & Ghobadi, N. (2023). Real Time Detection of Multi-Rotor Unmanned Aerial Vehicle Using YOLOv5 Optimized Algorithm. Journal of Advanced Defense Science & Technology, 14(1), 11-22.
- Hanson, L.P., et al. Aeroacoustic and aerodynamic characteristics of propeller tip geometries. in 28th AIAA/CEAS Aeroacoustics 2022 Conference. 2022.
)