临近空间飞行器推进最佳功率单元优化方法、系统及设备.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CN113742846A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202111048343.1G06F111/10(2020.01)(22)申请日2021.09.08G06F113/26(2020.01)G06F113/08(2020.01)(71)申请人西北工业大学G06F119/14(2020.01)地址710000陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人王海峰程柳开刘坤澎宋笔锋职鑫鑫聂波(74)专利代理机构北京细软智谷知识产权代理有限责任公司11471代理人付登云(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F30/27(2020.01)G06F30/28(2020.01)G06F111/04(2020.01)权利要求书2页说明书15页附图4页(54)发明名称临近空间飞行器推进最佳功率单元优化方法、系统及设备(57)摘要本发明涉及一种临近空间飞行器推进最佳功率单元优化方法、系统及设备，属于临近空间飞行器推进系统技术领域，该方法、系统或设备，若约束条件不包含能源系统，则以单台推进系统效率最大为优化目标，对推进系统的螺旋桨参数和电机参数进行优化，确定最佳功率单元；若约束条件包含能源系统，则以推进系统和能源系统的总重量最小为优化目标，对推进系统的螺旋桨参数和电机参数进行优化，确定最佳功率单元。通过区分考虑系能源系统和不考虑系能源系统，设定对应的优化目标，从而得到适配的最佳功率单元，提高临近空间飞行器推进系统的整体效率，为临近空间飞行器总体设计提供有益的效果。CN113742846ACN113742846A权利要求书1/2页1.一种临近空间飞行器推进最佳功率单元优化方法，其特征在于，包括：判断临近空间飞行器推进的约束条件是否包含能源系统；若所述约束条件不包含能源系统，则以单台推进系统效率最大为优化目标，对所述推进系统的螺旋桨参数和电机参数进行优化，确定最佳功率单元；若所述约束条件包含能源系统，则以推进系统和能源系统的总重量最小为优化目标，对推进系统的螺旋桨参数和电机参数进行优化，确定最佳功率单元。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：基于最优拉丁超立方的试验设计方法选择电机方案的样本点；获取所述样本点的电机效率和重量指标数据；根据所述样本点的电机效率和重量指标数据建立电机代理模型；以及，基于最优拉丁超立方的试验设计方法选择螺旋桨方案的样本点；利用高空螺旋桨的气动性能分析方法，获取样本点的高空螺旋桨的气动效率指标数据；根据高空螺旋桨的复合材料力学特性，和结构有限元技术，确定满足螺旋桨结构强度、变形和固有频率约束的复合材料铺层方案；根据所述复合材料铺层方案，获得样本点高空螺旋桨的重量指标数据；根据所述重量指标数据，建立效率和重量指标数据的螺旋桨代理模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述样本点的电机效率和重量数据建立电机代理模型，包括：根据所述样本点的电机效率和重量数据及神经网络模型，建立电机代理模型；所述根据所述重量指标数据，建立螺旋桨效率和重量指标数据代理模型，包括：根据所述重量指标数据、电机输入功率、电机转速以及神经网络模型，建立螺旋桨效率和重量指标的代理模型。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：基于桨机匹配原则，根据所述电机代理模型和螺旋桨代理模型，构建推进系统的功率单元模型。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述桨机匹配原则，包括：电机和螺旋桨的转速匹配和功率匹配。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述功率匹配为：电机输出功率与螺旋桨输入功率相等；所述转速匹配为电机转速和螺旋桨转速相等。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述若约束条件不包含能源系统，则以单台推进系统效率最大为优化目标，对所述推进系统的螺旋桨参数和电机参数进行优化，确定匹配的推进系统，包括：在不考虑能源系统时，以单台推进系统效率最大为优化目标，确定最佳功率单元优化模型；根据所述最佳功率单元优化模型，确定最佳功率单元；所述最佳功率单元优化模型，为：2CN113742846A权利要求书2/2页其中，ηpr为单台推进系统效率，Fx为推进系统输出总推力，Dx为平台抗风阻力，mpr为推进系统重量，m0为推进系统安装支架和平台总体对推进系统的重量限制。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述若所述约束条件包含能源系统，则以推进系统和能源系统的总重量最小为优化目标，对推进系统的螺旋桨参数和电机参数进行优化，确定最佳功率单元，包括：在考虑能源系统时，以推进系统和能源系统的总重量最小为优化目标，确定最佳功率单元优化模型；根据所述最佳功率单元优化模型，确定最佳功率单