[发明专利]高速多旋翼桨叶的设计方法

说明书

本发明公开了一种高速多旋翼桨叶的设计方法，该方法中，首先通过已知的基础数据和期望数据限定桨叶尺寸的大致范围，获得无人机的受力平衡方程，再给出足够数量的符合限定范围的具体桨叶尺寸，通过比较期望的性能指标，从给出的桨叶尺寸中筛选数据，经过随机交叉的方式进行调整，再次进行筛选，如此持续多次，直至能够得到期望的性能指标，若不能获得期望的性能指标，则增大初始的具体桨叶尺寸数据量，降低每次筛选的排出量，再次执行筛选过程。

技术领域

本发明涉及无人机桨叶的设计方法，具体来说涉及一种高速多旋翼桨叶的设计方法。

背景技术

多旋翼无人机由于具有机动性、灵活性好的特点，现已被广泛应用于军事和民用领域。随着多旋翼无人机在越来越多场景下应用，多旋翼无人机的飞行速度成为制约其应用的主要不足。目前市面上大多数多旋翼桨叶的设计均在在悬停状态下进行的设计，并未考虑整体的气动特性，因此目前多旋翼无人机在前飞时效率低；

针对上述问题，本发明在高速前飞的工况下，针对无人机高速多旋翼桨叶的设计方法做了深入研究，以期待提出一种能够解决上述问题的新的高速多旋翼桨叶的设计方法。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种高速多旋翼桨叶的设计方法，该方法中，首先通过已知的基础数据和期望数据限定桨叶尺寸的大致范围，获得无人机的受力平衡方程，再给出足够数量的符合限定范围的具体桨叶尺寸，通过比较期望的性能指标，从给出的桨叶尺寸中筛选数据，经过随机交叉的方式进行调整，再次进行筛选，如此持续多次，直至能够得到期望的性能指标，若不能获得期望的性能指标，则增大初始的具体桨叶尺寸数据量，降低每次筛选的排出量，再次执行筛选过程，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供高速多旋翼桨叶的设计方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，根据预期参数确定初步的桨叶尺寸范围；所述预期参数包括起飞重量、机身尺寸、飞行半径、飞行时间和最大输出功率，所述桨叶尺寸包括桨叶的直径、弦长和扭转角；

步骤2，根据所述初步的桨叶尺寸范围建立桨叶的气动模型；

步骤3，基于桨叶的气动模型建立无人机的受力平衡方程，获得桨叶尺寸与无人机的性能指标之间的作用关系，所述性能指标包括飞行时间、最大输出功率、最大飞行速度、过载和起飞重量；

步骤4，通过优化迭代逐步调整所述桨叶尺寸的取值，直至所述桨叶尺寸的取值能够得到期望的性能指标。

其中，在步骤1中，通过下式(一)获得所述初步的桨叶尺寸范围：

R＝(1.04r_p～1.21r_p)/sin(180°/n)  (一)

其中R为无人机的机身半径，r_p为螺旋桨半径，n为螺旋桨数量。

其中，在步骤2中，所述桨叶的气动模型包括下式(四)；

其中，T_p表示桨叶上受到的拉力；H_p表示桨叶上受到的阻力；Q_P表示桨叶上受到的扭矩；表示桨叶上受到的俯仰力矩；

t₁、t₂、t₃、t₄都表示拉力模型参数，

Ω表示转速；V表示飞行速度转速和飞行速度；

α_p表示来流与桨叶面的夹角；

h₁、h₂都表示阻力模型参数；