摘要：为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计,提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法,理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中,变量太多,可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋势。为避免优化周期太长,提出以下阶段性优化方法。阶段1:根据上述Pareto解集拟合趋势和平台约束,确定最优桨径;阶段2:进行基于最优桨径的气动优化获得气动外形,结构优化获得结构方案。使用该方法对高空太阳能无人机螺旋桨优化,两个阶段耗时分别为96 h和4 h。对获得螺旋桨制造,仿真和试验,对比结果表明:推力最大误差为10.9%,质量误差为6.9%,刚度误差为15.2%,固有频率误差为15.4%,试验结果也表明该方法的合理有效性。

摘要：以某高空螺旋桨为研究对象,利用k-ε湍流模型,采用三维Navier-Stokes方程,并通过数值计算模拟该螺旋桨的复杂绕流,分析其气动特性.按照等雷诺数等前进比准则,进行了该螺旋桨地面缩比风洞试验.经过比较发现,计算结果与试验结果吻合良好.验证了数值模拟计算高空螺旋桨气动特性的正确性,为高空螺旋桨的设计和试验提供参考依据.

摘要：为了在可接受时长内获得高空螺旋桨气动方案的最优解,提出一种基于贝叶斯优化框架的高空螺旋桨气动外形优化设计方法。该方法以拉丁超立方抽样获取螺旋桨气动外形参数的初始样本点,建立以该参数为输入、数值模拟获取螺旋桨气动性能为输出的初代高斯过程模型;以遗传算法和三种并行加点准则构成的子优化获取新样本点,求取新样本点的气动性能,并更新样本数据和高斯过程模型。该方法可以使新样本点快速向最优解附近集中,从而提高最优解附近的模型近似精度。为验证模拟方法,加工了某高空螺旋桨进行地面试验。与模拟结果相比,试验推力平均误差2.34%、扭矩平均误差3.33%。以课题组自研的6个低雷诺数翼型为基础,使用该方法对某高空太阳能无人机螺旋桨进行优化设计,优化结果显示:螺旋桨在设计点推力提高9.24%、效率提高8.13%。研究结果表明,该方法对高空螺旋桨优化设计及相关工程应用具有较强的参考价值。