小型無人機(jī)翼型優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、2013年海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)2013第28卷第3期JournalofNavalAeronauticalandAstronauticalVol.28No.3文章編號：1673-1522（2013）03-0307-04DOI:10.7682/j.issn.1673-1522.2013.03.019小型無人機(jī)翼型優(yōu)化設(shè)計(jì)1a1b1b1a2于方圓，高永，王允良，陳俊鋒，費(fèi)洋（1.海軍航空工程學(xué)院a.研究生管理大隊(duì)；b.飛行器工程系，山東煙臺264001；2.91115部隊(duì)，浙江舟山316000）摘要：采用類別形狀函數(shù)變換（CST）方法對翼型參數(shù)化描述；利用

2、Fluent軟件，進(jìn)行翼型升力系數(shù)和阻力系數(shù)的氣動(dòng)計(jì)算；以升阻比最大為優(yōu)化目標(biāo)，通過拉丁超立方設(shè)計(jì)生成樣本點(diǎn)，建立了徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBF）代理模型；使用粒子群優(yōu)化算法（PSO），在Isight平臺上，實(shí)現(xiàn)對ClarkY翼型優(yōu)化的整個(gè)過程。優(yōu)化翼型升阻比比原始翼型提高了約10%，表明此種方法是可行的，可用于小型無人機(jī)設(shè)計(jì)的工程中。關(guān)鍵詞：翼型；類別形狀函數(shù)變換；粒子群算法；優(yōu)化設(shè)計(jì)；小型無人機(jī)中圖分類號：V224文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A無人機(jī)家族中尺寸較小的一類包括小型無人機(jī)外形；然后，建立徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBF）代理模型，并利（Mini-UAV）和微型無人機(jī)

3、（Micro-UAV）。由于微型用Fluent計(jì)算翼型的氣動(dòng)性能；最后，在Isight平臺上，無人機(jī)尺寸太小，限制了有效載荷和性能，美國陸軍、用粒子群算法對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化，得到良好的結(jié)海軍、國防高級研究計(jì)劃局（DARPA）以及航空工業(yè)界果。把關(guān)注重點(diǎn)投入能夠供單兵用的便攜式小型無人機(jī)（Mini-UAV），它的技術(shù)難度相對較小，也在一定程度1翼型幾何參數(shù)化方法[1]上克服了“微型”帶來的缺點(diǎn)?，F(xiàn)役的“大烏鴉”、“龍翼型設(shè)計(jì)一般使用3種參數(shù)化方法：多項(xiàng)式方法、眼”等無人機(jī)是美軍中比較出名的小型無人機(jī)。近年樣條方法和型函數(shù)方法。常用的多項(xiàng)式方法有參數(shù)來，

4、我國在此領(lǐng)域發(fā)展速度非?？?，研制出了多種性化翼型（PARSEC）方法；樣條方法有B樣條、非均勻有能先進(jìn)的小型無人機(jī)。由于小型無人機(jī)在軍事和民理樣條（NURBS）、貝塞爾曲線；型函數(shù)方法包括用兩方面都有重要作用，應(yīng)用前景廣闊，其發(fā)展受到Hicks-Henne型函數(shù)方法和Wagner型函數(shù)方法等。本了世界各國重視。文采用的CST方法是Kulfan等提出的使用1個(gè)類別函對所有的飛行器而言，氣動(dòng)力由機(jī)翼產(chǎn)生，翼型數(shù)和1個(gè)形狀函數(shù)來描述翼型外形的新方法。CST方和翼平面形狀對飛行性能有著十分重要的影響。在法可以用一組較少的參數(shù)來準(zhǔn)確描述復(fù)雜的氣動(dòng)外實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和

5、可操縱型的前提下獲得最佳氣動(dòng)效率形，并且擬合精度優(yōu)于其他方法，表現(xiàn)出了簡單直觀，[2]是所有小型無人機(jī)設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)。大多數(shù)小型無[5-6]參數(shù)少和精度高的優(yōu)點(diǎn)。人機(jī)的設(shè)計(jì)是在給定巡航速度的前提下盡可能實(shí)現(xiàn)用CST參數(shù)化描述翼型的表達(dá)式為最大的航程或航時(shí)，而在巡航狀態(tài)下，航程的最大值取決于升阻比（ClCd）的大小[3]。因此，小型無人機(jī)的ζ(ψ)=C(ψ)S(ψ)+ψξT，（1）氣動(dòng)效率取決于機(jī)翼的升阻比。同時(shí)，小型無人機(jī)外式中：ψ=x/c為翼型無因次x軸坐標(biāo)；ξ=z/c為翼型無因形小、重量輕、電動(dòng)能源有限，因而需盡量對氣動(dòng)布局次z軸坐標(biāo)；c為翼型弦

6、長；ζT為后緣相對z軸的坐標(biāo)；設(shè)計(jì)優(yōu)化才能使小型無人機(jī)氣動(dòng)性能得到優(yōu)化，進(jìn)一C(ψ)為類函數(shù)，表示為NN步滿足飛行器的多方面性能要求。合理的機(jī)翼剖面C(ψ)=(ψ)1(1-ψ)2。（2）氣動(dòng)外形能使小型無人機(jī)獲得最優(yōu)良的氣動(dòng)性能，因當(dāng)N1、N2取不同的值時(shí)，可以定義不同的幾何外形此，在給定的約束條件下，應(yīng)用一定的優(yōu)化手段對翼類別。本文取N1=0.5、N2=1，則定義了圓前緣和尖后型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的。緣的翼型形狀。S(ψ)為形狀函數(shù)，表示為本文選用ClarkY作為原始翼型。它是小型無人n機(jī)和模型飛機(jī)常用的翼型之一，有較高的升阻比[4]。ξ(ψ)

7、-ψζTS(ψ)==∑(biψi)。（3）ψ(1-ψ)i=0首先，運(yùn)用類別形狀函數(shù)變換（CST）方法描述翼型的收稿日期：2013-01-26；修回日期：2013-04-10作者簡介：于方圓（1988-），男，碩士生?！?08·海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)第28卷S(ψ)可以使用不同的方法表示，如Bernstein多項(xiàng)2優(yōu)化算法和代理模型式和B樣條基函數(shù)。本文采用Bernstein多項(xiàng)式的加權(quán)作為S(ψ)的表達(dá)式：粒子群優(yōu)化算法（PSO）是通過群體中微粒間的合作與競爭而產(chǎn)生的群體智能指導(dǎo)優(yōu)化搜索方法，算法nìin-i??S(ψ)=∑bi[Ki(ψ(1-ψ))]

8、具有較強(qiáng)的通用性和全局尋優(yōu)的特點(diǎn)。i=0。（4）í??K=n!PSO算法中，D維搜索空間中的第i個(gè)粒子位置表