نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• عباس افشاری ¹
• رضا جعفری نیا ²
• جابر رگنی لموکی ³

¹ استادیار، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، دانشکده مهندسی هوافضا، تهران، ایران

² دانش‌آموخته کارشناسی ارشد هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

³ دانشجوی دکتری مهندسی هوافضا-آیرودینامیک/دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مکانیک

چکیده

در این پژوهش، بررسی رفتار هواصوتی یک ملخ پهپاد در شرایط پرواز ایستا، به‌صورت عددی انجام شده است. برای حل جریان، معادلات (URANS) در حالت تراکم ناپذیر توسط نرم‌افزار فلوئنت حل شده است. همچنین جهت مدل‌سازی جریان آشفته از مدل توربولانسی

k-ω SST استفاده گردید. پیش‌بینی نوفه دوردست با به‌کارگیری معادله فوکس ویلیامز و هاوکینگز انجام شد. خطوط هم‌تراز فشار استاتیک نشان‌دهنده تشکیل مناطق کم‌فشار گسترده‌ای روی سطح بالایی پره، به‌ویژه در نزدیکی لبه حمله نوک پره، بود که نقش مهمی در تولید نیروی رانش و نوفه بارگذاری ایفا می‌کند. از طرفی بررسی نوسانات فشار روی سطح پره نشان داد که بیشترین مقدار نوسانات در سرتاسر دهانه ملخ، در نواحی نزدیک به لبه حمله پره بوده و با حرکت به سمت لبه فرار، کاهش یافته است. این یافته‌ها نشان می‌دهد که منبع اصلی نوفه پهن‌باند در محدوده لبه حمله قرار دارد و می‌تواند ناشی از برهم‌کنش لبه حمله با جریان آشفته پره جلویی باشد. نتایج نوفه دوردست نیز حاکی از آن بود که بیشترین نوفه تونال در فرکانس 100 هرتز و هارمونیک‌های آن مشاهده شده و نوفه تونال در فرکانس‌های عبور پره مرتبه بالا تقریباً به‌صورت خطی کاهش یافته است. بررسی الگوی جهت‌دهی نوفه ملخ نشان داد که در زوایای قطبی صفر و 15 درجه (سمت مکش) و 165 و 180 درجه (سمت دنباله جریان ملخ)، نوفه تونال در فرکانس عبور پره و هارمونیک‌های آن قابل رویت نیست. بعلاوه با حرکت به سمت زاویه قطبی 90 درجه، نوفه پهن‌باند در فرکانس‌های پایین کاهش یافته و نوفه تونال افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

• نوفه آیرودینامیکی
• آیروآکوستیک
• دینامیک سیالات عددی
• ملخ پهپاد

موضوعات

• صوت و آکوستیک (بازدارنده‌های صوتی و...)

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of UAV Propeller Aeroacoustics in Low-Reynolds Number Hovering Flows

نویسندگان [English]

• Abbas Afshari ¹
• Reza Jafari Nia ²
• Jaber Ragani Lamouki ³

¹ Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran

² M.Sc. in Aerospace Engineering, Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Iran

³ P h.D student/Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad

چکیده [English]

This study presents a numerical analysis of a UAV propeller's aeroacoustic behavior under hovering conditions. The Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) equations for incompressible flow were solved using ANSYS Fluent, with turbulence modeled using the k-ω SST approach. Far-field noise prediction was performed employing the Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) acoustic equation. Static pressure contours revealed extensive low-pressure regions on the blade's upper surface, particularly near the leading edge at the tip, significantly contributing to both thrust generation and loading noise. Surface pressure fluctuations were most pronounced along the leading edge, diminishing toward the trailing edge, suggesting the leading edge as the primary broadband noise source due to turbulent interaction with preceding blades. Far-field analysis showed dominant tonal noise at 100 Hz and its harmonics, with higher-order blade passing frequencies exhibiting near-linear attenuation. Directivity patterns indicated negligible tonal noise at 0° and 15° (suction side) and 165° and 180° (wake side) polar angles, while broadband noise decreased and tonal noise intensified at 90°.

کلیدواژه‌ها [English]

• aerodynamic noise
• Aeroacoustics
• Computational Fluid Dynamics (CFD)
• UAV propeller