[發明專利]一種考慮機構約束的管射無人機二次折疊翼氣動設計方法

有效

• 申請號: 202110753303.0
• 申請日: 2021-07-03
• 公開（公告）號: CN113361017B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 昌敏;孫楊;任武;白俊強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/28;B64F5/00;G06F111/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安匠星互智知識產權代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發明提供一種考慮機構約束的管射無人機二次折疊翼氣動設計方法，首先給定二次折疊翼基準外形信息并指定設計工況、約束條件與目標函數；其次進行基準外形氣動性能計算；之后根據展開機構參數選取關鍵剖面站位并確定關鍵剖面絕對厚度約束，采用FFD方法對基準外形進行參數化并選定設計變量，求解設計變量對關鍵剖面絕對厚度約束位置的影響因子，根據關鍵剖面絕對厚度約束對設計變量進行范圍限定；而后開展考慮機構約束的氣動外形優化設計；最后計算優化外形的氣動性能。本發明根據機構約束對設計變量進行預處理，在可行域內取樣與搜索最優結果，避免了可行域外的取樣與氣動性能計算，取樣更加均勻與充分，縮短了優化耗時與設計周期。

技術領域

本發明涉及一種飛行器氣動優化設計方法，具體為一種考慮機構約束的管射無人機二次折疊翼氣動設計方法。

背景技術

管射無人機兼具制導彈藥與小型無人機的特點，既可以像制導彈藥一樣在發射管內儲存、運輸與發射，又可像飛行器一樣展開機翼進行巡航飛行。為實現管內封裝，無人機需將機翼折疊以緊貼機身，減小自身尺寸與容積。管射無人機的機翼折疊方式主要為一次折疊與二次折疊。對于小展弦比機翼，通常采用一次折疊，在機翼根部布置展開機構，機翼向機頭或者機尾旋轉折疊。而對于大展弦比機翼，則通常采用機翼分段的二次折疊方式，增設第二展開機構連接內、外機翼，機翼整體繞翼根的第一展開機構旋轉，外機翼繞第二展開機構相對內機翼旋轉，二者同步旋轉直至與機身重合。管射無人機二次折疊翼的工作流程如圖1所示。

相比一次折疊，二次折疊機械復雜度較高，但從氣動性能角度來看，二次折疊機翼展弦比更大，理論上具有更高的飛行效率。然而，二次折疊機翼的第二展開機構尺寸約束導致內、外機翼過渡段包絡面相對厚度增大，氣動性能降低，惡化了二次折疊機翼的氣動性能。因此，提升二次折疊機翼氣動性能成為亟待解決的關鍵問題。

發明內容

要解決的技術問題

為了解決第二展開機構導致的二次折疊翼氣動性能惡化的問題，本發明提供一種考慮展開機構約束的氣動外形優化設計方法。采用FFD方法對二次折疊翼進行參數化建模，將展開機構幾何約束轉化為絕對厚度約束，通過求解設計變量影響因子的方式將絕對厚度約束進一步轉化為對FFD設計變量的范圍限定。最后，結合CFD求解器和優化算法開展考慮機構約束的二次折疊翼氣動外形優化設計。

技術方案

本發明所采用的具體技術方案如下：

步驟1、優化問題設定：包括給定二次折疊翼基準外形的翼型信息、平面形狀參數與第二展開機構參數，指定設計工況、約束條件與目標函數；

步驟2、基準外形氣動性能計算：對基準外形進行網格劃分，采用CFD方法計算基準外形的氣動性能；

步驟3、第二展開機構約束處理：根據第二展開機構參數選取關鍵剖面站位并確定關鍵剖面絕對厚度約束，采用FFD方法對基準外形進行參數化并選定設計變量，求解設計變量對關鍵剖面絕對厚度約束位置的影響因子，根據關鍵剖面絕對厚度約束對設計變量進行范圍限定。關鍵剖面是指折疊翼過渡段包絡面在優化設計過程中，最容易、最有可能與第二展開機構發生干涉的幾個剖面，因此，必須加以選擇并根據相對位置關系施加設計約束。關鍵剖面選通常選定為過渡段包絡面距離第二展開機構內部扭簧最近的若干點所在的翼型剖面。

步驟4、基于優化算法開展優化設計：將優化算法與CFD求解器結合，開展考慮機構約束的氣動外形優化設計；當滿足收斂條件時，結束優化問題；

步驟5、采用CFD方法計算得到的優化外形的氣動性能，將基準外形和優化外形的氣動性能進行對比，檢驗優化設計效果。