多旋翼 eVTOL 产生的喷流式涡流的数值研究及消减技术

本研究对电动垂直起降（eVTOL）飞行器产生的涡流现象进行全面的数值调查，特别关注旋翼几何和 alignment 对 vertiport 附近有害气流模式的影响。采用在 OpenFOAM 中实现的无量纲 RANS 数值模拟 with k-omega SST 湍流模型，研究系统性地表征了多旋翼配置下的喷流式涡流。结果表明，螺旋桨数量和旋翼间距是涡流强度、方向、传播范围和边界层结构的主要决定因素。对于升力型 eVTOL，低螺旋桨数量结合狭窄间距会产生高度方向性、强化的喷流式涡流，其传播范围远超当前 FAA EB105a 安全标准。相反，较高的螺旋桨数量和较大的间距可降低峰值速度和传播距离，实现更安全、更紧凑的 vertiport 布局。高螺旋桨数量设计进一步表现出垂直分层和增厚的涡流边界层，需要量身定制的消减策略。针对性的工程解决方案——如 alignment with 预测涡流方向的模块化喷流偏振器——可在不牺牲运行安全性的前提下，将所需的 vertiport 安全区域降低最高 82%。这些发现在飞行器设计、监管合规和基础设施优化之间建立了直接联系，为安全可扩展的城市空中交通提供了实用路径。该研究还为未来研究最佳消减器几何和 eVTOL 操作在城市环境中的系统级集成提供了基础。