[发明专利]一种倾转旋翼无人机桨叶优化方法

说明书

本发明涉及一种倾转旋翼无人机桨叶优化方法，步骤:(1)建立桨叶设计模型，在规定范围内初始化灰狼种群，每个灰狼个体的坐标值都为一个设计方案；(2)计算每个灰狼个体的适应度；(3)按照适应度排序依次选出适应度最高的3个灰狼个体，记为α、β、δ；(4)根据α、β、δ得到新的灰狼个体，即新的设计方案ω；(5)更新迭代收敛因子、随机扰动和随机变量等参数；(6)如果不满足约束条件，转至步骤(2)；(7)将得到的最终全局最优设计方案中的设计参数作为桨叶优化设计方案。本发明可以综合考虑桨叶直升机模式及固定翼模式的要求，提高桨叶整体性能。

技术领域

本发明涉及桨叶优化设计方法领域，特别涉及一种应用改进灰狼优化算法的倾转旋翼无人机桨叶优化方法。

背景技术

倾转旋翼无人机是将固定翼与无人机融为一体的飞行器，它既有常规直升机的垂直起降和悬停能力，又有固定翼飞机的高速巡航飞行能力，扩大了飞行包线，应用场景广阔。目前市场上的桨叶主要是固定翼用螺旋桨、直升机用桨叶、多旋翼用桨叶等，他们都是只有一个工作模态。而倾转旋翼无人机桨叶具有两个主要工作模态，需要兼顾直升机模式和固定翼模式的气动性能，设计难度较大。

由于现有的桨叶优化设计方法，要么设计方法复杂，收敛速度慢，不易实现，要么会不同程度地陷入局部最优方案，常常这些设计方案会极大地影响无人机桨叶气动性能以及带来一定的不安全因素；因此，现有的桨叶设计对于倾转旋翼无人机桨叶这种具有多个复杂工况的优化设计问题很难找到桨叶最优设计方案，甚至得到一个很差的设计方案：浪费大量的材料、研制周期，没有达到所需的应用和安全要求；

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种针对倾转旋翼无人机需求的桨叶优化方法，该方法借鉴经典灰狼算法，充分发挥其设计方法简洁、易于实现，收敛速度快，并有一定的全局性的优势，同时对该算法进行改进，可以大概率得到全局最优桨叶设计方案。

本发明采用如下技术方案：一种倾转旋翼无人机桨叶优化方法，包括步骤如下：

(1)以桨叶外形参数为设计变量，根据旋翼特性建立约束条件；在所述设计变量的上下界围成的变量空间内随机生成N个灰狼个体构成灰狼种群，i代表灰狼个体的编号；灰狼的位置x_i＝(x_i,1,x_i,2,…,x_i,M)是一个设计变量组成的向量，M为设计变量个数；

(2)采用叶素理论对桨叶进行空气动力学分析，得到灰狼个体的适应度f(x_i)＝m·L₁(x_i)+n·L₂(x_i)，f(·)为设计目标，L₁(·)和L₂(·)分别为直升机模式的效率、固定翼模式的效率，m、n分别为对直升机模式及固定翼模式两种模式性能要求的权重；

(3)根据灰狼种群所有个体的适应度值按照适应度从大到小进行排序，选取前三位个体α、β、δ；

(4)根据前三位个体对子代灰狼进行更新，并加入到灰狼种群中，并计算子代灰狼的适应度；

(5)更新步骤(4)中的参数；当达到迭代次数或者适应度最大的子代灰狼所对应的设计变量符合设定需求时，将该设计变量作为最终的倾转旋翼无人机桨叶设计方案；否则更新灰狼种群，返回步骤(3)。

所述步骤(1)所述桨叶外形参数为弦长分布、扭转分布和翼型分布。

所述步骤(1)中，以旋翼转速、桨盘实度、旋翼半径、变距范围为约束条件。

所述根据前三位个体对子代灰狼进行更新，包括以下步骤：