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原文传递一种微小型旋翼无人飞行器旋翼翼型的设计方法及产品

专利名称：	一种微小型旋翼无人飞行器旋翼翼型的设计方法及产品
摘要：	本发明公开了一种微小型旋翼无人飞行器旋翼翼型的设计方法及产品，设计方法结合了基于代理模型的高效优化算法、基于自由变形技术的外形参数化方法、基于径向基函数的网格变形方法、基于雷诺平均方程的气动性能计算方法。首先确定设计工况，根据螺旋桨的主要运行工况，及翼型在桨叶上所处的径向位置，确定翼型的来流状态，即来流马赫数、雷诺数、迎角；其次确定设计指标：尽可能大的升阻比。根据上述方法，以Eppler 387为基准翼型，设计上表面整个曲率上凸，下表面曲率前段下凹、后段上凸的翼型，其相对厚度较小、后段上表面较平坦、整体弯度较大，下表面前段明显内凹，具有较低的总阻力系数、较高的升力系数，从而具有较高的升阻比，提高气动效率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖南;43
申请人：	中南大学
发明人：	刘俊;罗世彬;王逗
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910271337.9
公开号：	CN109878721A
代理机构：	长沙永星专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	邓淑红
分类号：	B64C27/467(2006.01);B;B64;B64C;B64C27
申请人地址：	410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号
主权项：	1.一种微小型旋翼无人飞行器旋翼翼型的设计方法，包括以下步骤： (1)根据三维旋翼的运行工况，确定60％～80％剖面处二维翼型的运行工况并计算出所需翼型的设计状态，根据翼型的设计状态选定基准翼型； (2)生成基准翼型所需的计算网格，采用计算流体力学方法计算基准翼型在设计状态的气动性能； (3)确定设计空间，使用试验设计方法在设计空间内选取初始样本点； (4)通过自由变形参数化方法将样本点处理生成翼型的数学模型； (5)使用径向基函数方法获得样本翼型的计算网格； (6)采用计算流体力学方法计算样本翼型的气动性能，从而获得样本的目标函数和约束函数值； (7)建立样本翼型相应目标函数和约束函数的样本数据库； (8)根据样本数据库建立代理模型； (9)采用布谷鸟搜索算法和梯度优化算法获得代理模型的最优解； (10)重复步骤(4)～(9)，直至优化过程收敛。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述试验设计方法为均匀设计方法。 3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，采用非均匀有理B样条作为自由变形参数化方法的基函数，设计翼型的坐标由以下公式计算：其中，Xffd是设计翼型任意一点的全局坐标(x，y)，u、v分别为该点在局部坐标系中沿U，V两个方向的坐标值，Pi,j为控制体上控制点的全局坐标；基函数定义为： 4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，通过拟牛顿法迭代求解，得出设计翼型几何外形的局部坐标建立如下的数学模型： 5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(5)中，径向基函数的基本形式如下：其中，是插值函数，在网格变形问题中代表网格变形量，即网格节点的位移量；Nsp代表建立径向基插值函数模型所用的插值节点数；代表基函数，ri为径向基函数的中心位置，即插值节点的位置矢量，在网格变形中选取物面上的点；\|\|r-ri\|\|空间位置矢量r到插值节点位置矢量ri的距离；系数ωi代表第i个插值节点所占的权重系数，并保证插值后的函数通过所有插值节点，即其中F(ri)代表插值节点的真实位移， ωi可以通过物面上插值节点的插值结果必须与其真实位移一致来求得；对于两个方向的坐标，求解方程分别如下：其中，下标s表示物面插值节点，且有矩阵中的每一个元素代表插值节点中任意两点之间距离为参数的径向基函数值求解方程(6)-(7)可得到插值节点的权重系数，再将权重系数代入方程(4)中可计算得到空间任意网格点的变形量。 6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(6)中的目标函数为翼型的升阻比，约束函数为翼型的升力系数。 7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(7)中，建立的代理模型为Kriging模型。 8.一种利用权利要求1所述方法设计的翼型，其特征在于：其上表面和下表面形状均为光滑曲线，在前端相切、后端相交，使翼型的前端为圆弧端，后端为尖角端；上表面的整个曲率上凸，下表面的曲率为前段下凹，后段上凸。 9.如权利要求8所述的翼型，其特征在于：所述上表面曲线从前缘点开始往后至29％-31％弦长处呈上行趋势，随后开始往后呈下行趋势；下表面曲线从前缘点开始往后至3.5％-4.5％弦长呈下行趋势；随后从3.5％-4.5％弦长至44％-46％弦长呈上行趋势，随后一直呈下行趋势。 10.如权利要求9所述的翼型，其特征在于：其后端上表面和下表面之间的夹角为11°-12°。
所属类别：	发明专利