为了获得共轴双旋翼的最佳气动性能,对不同旋翼间距比的共轴双旋翼无人机进行了试验和数值模拟。首先,对共轴双旋翼的气动性能参数进行了理论分析。然后,构造共轴双旋翼模型进行数值模拟,并通过自行设计的试验获得了升力和功率。同时,将试验获得的升力和功耗转化为功率载荷和悬停效率进行气动分析。最后,结合试验和仿真结果表明,工作转速2 200 r/min下,与i=0.75在相比,当间距比i=0.385时,功率载荷提高了1.5%,总效率提高了大约5.64%。该间距比下的气动性能较好,可以作为共轴旋翼无人机的最佳气动布局。

为设计合理的旋翼布局来展现出共轴双旋翼系统的气动性能,通过搭建试验平台测量了共轴双旋翼飞行器的间距比为0.32R-0.75R的功耗和升力。另外,采用ANSYS建立了共轴双旋翼飞行器的全尺寸模型,并进行了一系列仿真,得到了不同间距下共轴双旋翼的压强、速度和流线分布。分析结果表明共轴双旋翼间的气动干扰在合适的间距下被削弱,此时桨尖涡流完整。同时,整体的升力比单旋翼至少可以提升58%,最高可以提升72%。此外,还发现在产生相同升力时,在较低转速下产生的功率载荷PL值比较大。最后,值得注意的是,在旋翼间距h为0.385R时的气动性能较良好,是共轴双旋翼单元最佳的布局。