The Leading-Edge (LE) serrations on owls’ wings are known to be responsible for silent flight. However, this design has rarely been applied to reduce the noise of rotational rotor propellers and the morphologies of the existing serration designs are diverse. Here, we present a comparative study of LE serrations with different morphologies in terms of the effectiveness in suppressing noise and promoting thrust forces. The performances of biomimetic propellers are investigated by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and rotation experiments. The simulation results reveal that LE serrations could reduce velocity fluctuations and change the lamina-turbulent transition and turbulence distribution on the suction surface of propeller, but the morphology of the serrations influences its effectiveness. Rotation testing results indicate that the sawtooth propeller has the best performance on noise reduction (on average 2.43 dB and in maximum 4.18 dB) and simultaneously enhancing the thrust forces (3.53%). The largest practical noise reductions (4.73 dB and 3.79 dB) using the sawtooth propeller are observed when the quad-rotor Unmanned-Aerial Vehicle (UAV) is hovering at heights of 5 m and 8 m, respectively. Our results indicate the robustness and usefulness of owl-inspired biomimetic serration devices for aero-acoustic control and aerodynamic performance promotion on propeller designs. This finding is expected to contribute to suppressing the sound of propeller and the rotor-based aircraft.

中文翻译：

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使用形态各异的仿生螺旋桨降低无人机无人机的噪声

猫头鹰翅膀上的前缘（LE）锯齿是造成无声飞行的原因。但是，这种设计很少用于减少旋转转子螺旋桨的噪声，并且现有锯齿设计的形态是多种多样的。在这里，我们就抑制噪声和增强推力的有效性提出了具有不同形态的LE锯齿的比较研究。通过计算流体动力学（CFD）模拟和旋转实验研究了仿生螺旋桨的性能。仿真结果表明，LE锯齿可以减小速度波动并改变螺旋桨吸力面上的层流紊流和湍流分布，但锯齿的形态会影响其有效性。旋转测试结果表明，锯齿型螺旋桨在降噪方面表现最佳（平均2.43 dB，最大4.18 dB），同时还可以增强推力（3.53％）。当四旋翼无人飞行器（UAV）分别悬停在5 m和8 m的高度时，使用锯齿状螺旋桨可观察到最大的实际降噪（4.73 dB和3.79 dB）。我们的结果表明，猫头鹰启发式仿生锯齿装置对于螺旋桨设计中的空气声学控制和空气动力性能提升具有鲁棒性和实用性。该发现有望有助于抑制螺旋桨和旋翼飞机的声音。53％）。当四旋翼无人飞行器（UAV）分别悬停在5 m和8 m的高度时，使用锯齿状螺旋桨可观察到最大的实际降噪（4.73 dB和3.79 dB）。我们的结果表明，猫头鹰启发式仿生锯齿装置对于螺旋桨设计中的空气声学控制和空气动力性能提升具有鲁棒性和实用性。该发现有望有助于抑制螺旋桨和旋翼飞机的声音。53％）。当四旋翼无人飞行器（UAV）分别悬停在5 m和8 m的高度时，使用锯齿状螺旋桨可观察到最大的实际降噪（4.73 dB和3.79 dB）。我们的结果表明，猫头鹰启发式仿生锯齿装置对于螺旋桨设计中的空气声学控制和空气动力性能提升具有鲁棒性和实用性。该发现有望有助于抑制螺旋桨和旋翼飞机的声音。我们的结果表明，猫头鹰启发式仿生锯齿装置对于螺旋桨设计中的空气声学控制和空气动力性能提升具有鲁棒性和实用性。预期该发现将有助于抑制螺旋桨和旋翼飞机的声音。我们的结果表明，猫头鹰启发式仿生锯齿装置对于螺旋桨设计中的空气声学控制和空气动力性能提升具有鲁棒性和实用性。该发现有望有助于抑制螺旋桨和旋翼飞机的声音。