Aerodynamic Force Modelling of Free and Shrouded Propellers in Incidence for Low Subsonic VTOL Operations
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Growing market demand for urban aerial mobility has led to the rise of electric Vertical Take-off and Landing (eVTOL) aircraft. Tiltrotors, an increasing preference for urban applications, have a unique characteristic of rotors operating in a large range of incidence angles while transitioning from take-off to cruise. During such operation, the non-axisymmetric inflow leads to uneven loading over the rotating blades and additional forces in the tilted rotational plane. The current study presents existing low-order analytical models in the literature for the calculation of such aerodynamic forces for free propellers. Starting with Glauert’s deflected momentum theory for in-plane force gradient, the various limitations and modifications in the theory over the years are explored. Some of the limitations are then improved by adding models for the rotor induced velocity components in incidence for more precise estimation of in-plane forces. A scarcity of such models for shrouded propellers in the literature is observed and addressed to help with preliminary design of VTOL aircraft. A similar analytical model to that of the free propeller is thus developed for shrouded propellers operating in incidence, to consider both the modified rotor flow field in the presence of a shroud and the additional loads on the shroud in incidence. The analytical models are compared against available experimental data in the literature, as well as numerical simulation results using designed propellers representative of a typical VTOL aircraft. The calculated results from the analytical models follow the observed trend of variation of in-plane force gradient with varying incidence, while the exactitude to the observed value varies with changing advance ratio. This is owing to the increasing flow separation that sets in with increasing incidence, especially for the shrouded propeller, that introduces additional losses in the flow. While further improvements are recommended, the goal of a low-order analytical model for estimation of in-plane forces for free and shrouded propeller is satisfactorily reached.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».