eVTOL动力测试台架气动干扰分析与应对措施
eVTOL（电动垂直起降飞行器）动力测试台架在评估推进系统性能时，其自身结构可能对气动测试结果产生显著干扰。这些干扰主要源于台架与动力单元（如旋翼、涵道风扇或螺旋桨）之间的气动耦合效应。
一、具体的气动干扰类型及其机制
1. 阻塞效应（Blockage Effect）
机制：台架支撑结构或框架占据流场空间，导致测试区域气流通道受限，改变局部流速和压力分布。
影响：
- 动力单元（如螺旋桨）的进气流量减少，导致测得的推力或功率低于实际值。
- 下游尾流区域压力恢复受阻，影响效率计算。
- 可能引发非对称流场，导致动态载荷测量偏差。
2. 支撑结构的绕流干扰
机制：台架支撑臂、支柱或传感器支架等结构在气流中产生涡脱落和绕流。
影响：
- 支柱后方周期性涡脱落（卡门涡街）导致动力单元入流条件不稳定，引发推力波动。
- 支撑结构附近的湍流强度增加，干扰旋翼或风扇的边界层流动，降低气动效率。
- 干扰区域可能覆盖关键传感器（如压力传感器、热线风速仪），导致局部流场测量失真。
3. 反射面与壁面效应
机制：台架附近的刚性表面（如地面平台、台架底板或防护罩）反射气流，形成二次流场。
影响：
- 地面效应模拟失真：实际飞行中地面效应随高度变化，但台架固定反射面可能导致静态压力积累，高估低空悬停性能。
- 反射气流与主流的相互作用可能产生驻波或共振现象，改变动力单元的入流角度。
4. 动态干涉（Dynamic Interaction）
机制：台架结构在动力单元周期性载荷（如旋翼桨叶通过频率）激励下发生振动，引发流固耦合效应。
影响：
- 台架振动通过支撑结构传递至动力单元，改变其动态响应特性（如桨叶攻角）。
- 振动可能触发局部气流分离，导致非设计工况下的气动噪声或失速现象。
5. 二次流与涡流干扰
机制：台架边缘、连接件或传感器安装位置产生复杂的二次流结构（如角涡、马蹄涡）。
影响：
- 二次流侵入动力单元流场，导致局部流速梯度异常，影响升力/推力分布。
- 涡流与动力单元尾流相互作用，可能引发气动共振或非定常载荷。
6. 热效应干扰
机制：电机或电池散热气流与台架结构形成热边界层，改变局部空气密度。
影响：
- 高温区域空气密度降低，导致动力单元推力测量值偏小（尤其在高速旋转工况）。
- 温度梯度引发非均匀流场，干扰气动性能标定。
7. 几何相似性偏差
机制：台架设计未严格遵循气动缩比准则（如雷诺数、马赫数相似性）。
影响：
- 小尺度台架测试中，动力单元流场的湍流度、边界层分离特性与实际飞行状态不符。
- 缩比模型无法准确模拟全尺寸eVTOL的气动弹性效应。
二、缓解干扰的具体工程措施
1. 优化台架气动外形
选用极致精巧外观的动力测试台，提升测试精准度。
2. 采用全固态形变测量技术
摒弃连接轴繁冗笨重的测量结构，整个测试期间不对系统造成任何振动干扰。
3. 测试区域流场主动控制
- 在台架周围布置吸气/吹气装置，模拟自由流条件。
- 通过数值仿真（CFD）预判干扰区域，针对性优化布局。
总结
eVTOL动力测试台架的气动干扰本质是结构-流场-动力单元的多物理场耦合问题。需通过高保真仿真与实验标定相结合，系统性识别并补偿干扰因素，以确保测试结果能够准确映射实际飞行工况下的气动性能。