一种反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111695203A(43)申请公布日2020.09.22(21)申请号202010568770.1(22)申请日2020.06.19(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410073湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人郭正高显忠侯中喜贾高伟朱炳杰(74)专利代理机构长沙国科天河知识产权代理有限公司43225代理人邱轶(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/28(2020.01)B64F5/00(2017.01)权利要求书3页说明书11页附图6页(54)发明名称一种反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法(57)摘要本发明公开了一种反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法，该气动布局设计包括给定气动布局设计约束条件，具体为无人机的：飞行高度、平飞速度，起飞重量与升力系数；基于气动布局设计约束条件确定无人机中机翼与尾翼的几何尺寸；基于反蜂群无人机机翼与尾翼的几何尺寸确定反蜂群无人机的全机中性点位置，并基于反蜂群无人机的全机中性点位置配置反蜂群无人机的重心位置；基于反蜂群无人机的重心位置确定反蜂群无人机中机翼与尾翼的安装角。在给定气动布局设计约束条件的基础上，确定反蜂群无人机中机翼与尾翼的几何尺寸、重心、尾翼以及机翼与尾翼的安装角，结合实际应用的情况，提升无人机在实际应用过程中的气动效率、升阻比与稳定性。CN111695203ACN111695203A权利要求书1/3页1.一种反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法方法，其特征在于，包括气动布局设计与气动性能评估；所述气动布局设计包括如下步骤：步骤1.1，给定反蜂群无人机气动布局设计，具体包括反蜂群无人机的：飞行高度、平飞速度，起飞重量与升力系数；步骤1.2，基于气动布局设计约束条件确定反蜂群无人机中机翼与尾翼的几何尺寸；步骤1.3，基于反蜂群无人机机翼与尾翼的几何尺寸确定反蜂群无人机的全机中性点位置，并基于反蜂群无人机的全机中性点位置配置反蜂群无人机的重心位置；步骤1.4，基于反蜂群无人机的重心位置确定反蜂群无人机中机翼与尾翼的安装角；所述气动气动性能评估包括如下步骤：步骤2.1，建立反蜂群无人机的网格模型，所述网格模型包括具有螺旋桨的第一模型与不具有螺旋桨的第二模型；步骤2.2，通过第一模型对反蜂群无人机进行基于起飞流场与基于平飞流场的预测数值模拟，得到反蜂群无人机在第一模型下的起飞动力学参数与平飞动力学参数；步骤2.3，通过第二模型对反蜂群无人机进行基于起飞流场与基于平飞流场的预测数值模拟，得到反蜂群无人机在第二模型下的起飞动力学参数与平飞动力学参数；步骤2.4，基于反蜂群无人机在第一模型下的起飞动力学参数与平飞动力学参数与第二模型下的起飞动力学参数与平飞动力学参数对反蜂群无人机气动性能进行评估。2.根据权利要求1所述反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法方法，其特征在于，步骤1.2中，反蜂群无人机的机翼采用平面形状为梯形的逼近椭圆翼，根梢比5/2，1/4弦线为直线；反蜂群无人机机翼的几何尺寸包括机翼面积、平均几何弦长、根弦长、梢弦长与机翼展弦比。3.根据权利要求1所述反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法方法，其特征在于，步骤1.2中，反蜂群无人机的尾翼采用全动平尾翼，尾翼的平面形状为梯形，根梢比5/3，1/4弦线为直线；反蜂群无人机尾翼的几何尺寸包括尾力臂、展长、根弦长、梢弦长、尾翼面积、尾容量、尾翼效率与尾翼展弦比。4.根据权利要求1所述反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法方法，其特征在于，步骤1.3中，基于反蜂群无人机机翼与尾翼的几何尺寸确定反蜂群无人机的重心位置的具体过程为：步骤1.3.1，获取反蜂群无人机中机翼的升力线斜率与尾翼的升力线斜率；步骤1.3.2，基于机翼的升力线斜率与尾翼的升力线斜率得到三维机翼的升力线斜率与三维尾翼的升力线斜率；步骤1.3.3，基于三维机翼的升力线斜率与机翼展弦比得到尾翼位置的下洗角随机翼迎角的变化率；步骤1.3.4，基于三维机翼的升力线斜率、三维尾翼的升力线斜率、尾翼位置的下洗角随机翼迎角的变化率得到蜂群无人机的全机中性点，并进一步得到反蜂群无人机的重心位置。2CN111695203A权利要求书2/3页5.根据权利要求4所述反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法方法，其特征在于，步骤1.3.2中，所述三维机翼的升力线斜率的获取过程为：式中，a为三维机翼的升力线斜率，a∞为机翼的升力线斜率，λ为机翼展弦比；所述三维尾翼的升力线斜率的获取过程为：式中，a1为三维机翼的升力线斜率，a1∞为尾翼的升力线斜率，λs为尾翼展弦比。6.根据权利要求4所述反蜂群无人机气动布局设计和性能评估方法方法，其特征在于，步骤1.3.3中