Rendimiento aerodinámico y análisis numérico del sistema de elevación de la hélice coaxial contra-rotativa en vehículos eVTOL
Autores: Xu, Jie; Yu, Jiaming; Lu, Xinjiang; Long, Zhenkun; Xu, Yuteng; Sun, Hao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Rendimiento aerodinámico y análisis numérico del sistema de elevación de la hélice coaxial contra-rotativa en vehículos eVTOL
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Vehículos eVTOL eléctricos de despegue y aterrizaje vertical
Hélices
Sistema de elevación
Rendimiento aerodinámico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 22
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL) poseen altas capacidades de transporte de carga útil y características de diseño compacto. El método tradicional de aumentar el tamaño de la hélice para hacer frente a una carga útil alta ya no es aplicable. Por lo tanto, este estudio propone el uso de hélices coaxiales contrarrotativas como sistema de elevación para vehículos eVTOL, que consiste en dos hélices bi-palas montadas coaxialmente y contrarrotativas. Sin embargo, si la elevación de una sola hélice rotativa se incrementa linealmente sin considerar la pérdida de elevación causada por el flujo descendente generado por la hélice superior y el efecto de par del sistema de elevación, impactará significativamente en la optimización del rendimiento y la seguridad en el proceso de diseño de vehículos eVTOL. Para abordar este problema, este estudio empleó el método de Marco de Referencia en Movimiento (MRF) dentro de la tecnología de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para simular el sistema de elevación, llevando a cabo un análisis detallado del impacto del flujo descendente de la hélice superior en el rendimiento aerodinámico de la hélice inferior. Además, los indicadores de rendimiento aerodinámico de las hélices coaxiales contrarrotativas se analizaron cuantitativamente bajo diferentes condiciones de velocidad. Los resultados indicaron importantes pérdidas de elevación dentro del sistema de hélices coaxiales contrarrotativas, que fueron particularmente notables en la pérdida de elevación de la hélice inferior. Además, el par total disminuyó en más del 93.8%, y el par no se compensó completamente; todavía había un pequeño efecto torsional en las hélices coaxiales contrarrotativas. El método de pruebas virtuales de este estudio no solo ahorra una cantidad significativa de tiempo y dinero, sino que también sirve como una referencia vital en el proceso de diseño de vehículos eVTOL.
Descripción
Los vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL) poseen altas capacidades de transporte de carga útil y características de diseño compacto. El método tradicional de aumentar el tamaño de la hélice para hacer frente a una carga útil alta ya no es aplicable. Por lo tanto, este estudio propone el uso de hélices coaxiales contrarrotativas como sistema de elevación para vehículos eVTOL, que consiste en dos hélices bi-palas montadas coaxialmente y contrarrotativas. Sin embargo, si la elevación de una sola hélice rotativa se incrementa linealmente sin considerar la pérdida de elevación causada por el flujo descendente generado por la hélice superior y el efecto de par del sistema de elevación, impactará significativamente en la optimización del rendimiento y la seguridad en el proceso de diseño de vehículos eVTOL. Para abordar este problema, este estudio empleó el método de Marco de Referencia en Movimiento (MRF) dentro de la tecnología de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para simular el sistema de elevación, llevando a cabo un análisis detallado del impacto del flujo descendente de la hélice superior en el rendimiento aerodinámico de la hélice inferior. Además, los indicadores de rendimiento aerodinámico de las hélices coaxiales contrarrotativas se analizaron cuantitativamente bajo diferentes condiciones de velocidad. Los resultados indicaron importantes pérdidas de elevación dentro del sistema de hélices coaxiales contrarrotativas, que fueron particularmente notables en la pérdida de elevación de la hélice inferior. Además, el par total disminuyó en más del 93.8%, y el par no se compensó completamente; todavía había un pequeño efecto torsional en las hélices coaxiales contrarrotativas. El método de pruebas virtuales de este estudio no solo ahorra una cantidad significativa de tiempo y dinero, sino que también sirve como una referencia vital en el proceso de diseño de vehículos eVTOL.