国网福建省电力有限公司电力科学研究院;国网福建省电力有限公司;国家电网有限公司张伟豪获国家专利权
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龙图腾网获悉国网福建省电力有限公司电力科学研究院;国网福建省电力有限公司;国家电网有限公司申请的专利一种共轴双旋翼高原载重无人机旋翼设计参数的确定方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120012278B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-15发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510487757.6,技术领域涉及:G06F30/15;该发明授权一种共轴双旋翼高原载重无人机旋翼设计参数的确定方法是由张伟豪;吴文斌;陈金玉;梁曼舒;王仁书;林承华;韩腾飞;吴晓杰;强伟;傅智为;陈卓磊;姚书凝设计研发完成,并于2025-04-18向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种共轴双旋翼高原载重无人机旋翼设计参数的确定方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种共轴双旋翼高原载重无人机旋翼设计参数的确定方法,包括以下步骤:构建基础旋翼模型;建立高原流场耦合模型;动态环境参数映射:构建动态模型量化不同海拔条件下的空气密度与气动载荷的非线性关联,计算海拔高度对气动载荷分布的影响规律以及目标拉力下的旋翼消耗功率;高原适配的旋翼外形约束设计:将高原环境参数映射至旋翼扭转角、弦长分布及翼型剖面参数,结合时间谱方法与多重网格方法分析瞬态气动响应;多目标协同优化:基于所述综合优化目标函数,考虑共轴双旋翼上下旋翼间的气动耦合效应与环境适应性,将上下旋翼桨叶的相位差角作为变量,以最小化由气动干扰导致的升力损失为目标,通过多目标优化算法生成旋翼设计参数。
本发明授权一种共轴双旋翼高原载重无人机旋翼设计参数的确定方法在权利要求书中公布了:1.一种共轴双旋翼高原载重无人机旋翼设计参数的确定方法,其特征在于,包括以下步骤: 基于飞行器参数确定原始旋翼的几何与气动参数范围,生成基础旋翼参数; 通过升力-扭矩动力学方程与自由尾迹模型结合,模拟低密度流场下的气动载荷分布; 获取高原环境的温度、湿度和海拔高度,构建动态模型量化不同海拔条件下的空气密度与气动载荷的非线性关联,用于修正旋翼外形约束设计中的气动外形参数映射规则;通过牛顿迭代法计算海拔高度对气动载荷分布的影响规律以及目标拉力下的旋翼消耗功率; 将高原环境参数映射至所述基础旋翼参数中的旋翼扭转角、弦长分布及翼型剖面参数,结合时间谱方法与多重网格方法分析瞬态气动响应;根据瞬态气动响应结果定义综合优化目标函数; 基于所述综合优化目标函数,通过多目标优化算法生成高原环境适配的旋翼设计参数; 所述动态模型基于非定常Navier-Stokes方程和自由涡理论构建,输入旋翼气动载荷 后,输出高原低密度空气对气动载荷的拉力衰减及功率消耗影响规律;所述牛顿迭代法的 收敛条件为转速变化阈值,其中n为旋翼转速,m为迭代次数;所述旋翼 消耗功率通过公式计算,其中c为动力系统效率系数;所述空气密度通过计算,其中为海拔处的空气密度,为海平面空气密度,h为海 拔高度,H为衰减高度系数; 所述综合优化目标函数由气动效率项和结构-稳定性项相加组成:所述气动效率项关 联升力、功率与阻力,所述结构-稳定性项关联桨叶压力分布与旋翼实度;所述气动效率项 为,所述结构-稳定性项为,其中,P为消耗功率,为在不同大气密度 下处于悬停状态的旋翼产生最大悬停升力所消耗功率的最大值,为旋翼材料性能系数, 为飞行器上升的升力,为飞行器在大气密度为的阻力,为桨叶根部压力,为桨叶尖 端压力,Jq为桨叶上下表面压力差; 所述旋翼为共轴双旋翼,优化设计包括: 将上下旋翼的相位差角φ作为设计变量,结合时间谱方法分析φ对瞬态气动载荷的影响; 基于黏性涡粒子算法计算上下旋翼诱导速度场的耦合效应,升力损失通过公式: 进行量化,式中、分别表示上下旋翼的环量分布,、为诱导速 度场;R为旋翼半径,ρ为空气密度; 通过NSGA-II多目标优化算法协同迭代优化相位差角φ与旋翼外形参数,生成Pareto最优解集。
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