火星六旋翼无人机旋翼气动外形稳健设计与优化
作者:
作者单位:

1.南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室,南京 210016;2.中国直升机设计研究所,景德镇 333001

作者简介:

通讯作者:

李建波,男,研究员,E-mail:ljb101@nuaa.edu.cn。

中图分类号:

V211.52

基金项目:


Robust Design and Optimization of Rotor Aerodynamic Shape of the Mars Hexacopter
Author:
Affiliation:

1.National Key Laboratory of Helicopter Aeromechanics, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China;2.China Helicopter Research & Development Institute, Jingdezhen 333001, China

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    摘要:

    火星大气密度极低、热容小,致使火星的大气压和大气密度伴随着温度大幅度变化,具有较强的不确定性。针对单一大气密度进行旋翼确定性气动设计,可能导致旋翼在非设计点功耗大幅增加,影响火星无人机的正常使用。为了避免上述问题,本文从火星大气环境研究入手,建立火星大气密度概率分布模型。针对应用潜力更大的火星六旋翼无人机,采用黏性涡粒子方法建立火星大气环境下高置信度的旋翼精细化气动模型,并通过快速非支配排序遗传算法Ⅱ开展旋翼气动外形的稳健设计优化。设计得到的旋翼气动外形方案在面对火星大气密度变化时能保持较好的气动性能,且具备更强的稳健性,有利于火星六旋翼无人机在不同大气环境下执行更远距离、更长时间的火星探测任务。

    Abstract:

    Because of the extremely low density and low heat capacity of the Martian atmosphere, the atmospheric pressure and atmospheric density of Mars change greatly with temperature, which has strong uncertainty. The deterministic aerodynamic design of the rotor for a single atmospheric density may lead to a significant increase in the power consumption of the rotor at off-design points, affecting the normal use of the Mars helicopter. In order to avoid the above problems, this paper first studies of Martian atmospheric environment and establishes the probability distribution model of Martian atmospheric density. For the Mars hexacopter with greater application potential, the viscous vortex particle method is then used to establish a high-confidence refined rotor aerodynamic model in the Martian atmosphere, and the robust design optimization of the rotor aerodynamic shape is carried out by non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ. The designed rotor aerodynamic shape scheme maintains good aerodynamic performance in the face of Mars atmospheric density changes, and has stronger robustness, which is conducive to the Mars hexacopter to perform longer and longer Mars exploration missions in different atmospheric environments.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

宣金婷,丁志伟,赵洪,李建波.火星六旋翼无人机旋翼气动外形稳健设计与优化[J].南京航空航天大学学报,2024,56(2):264-272

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  • 收稿日期:2023-08-07
  • 最后修改日期:2023-11-17
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  • 在线发布日期: 2024-04-30
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