一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法技术

一种基于改进Hicks‑henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法，它属于水下滑翔机翼型优化技术领域。本发明专利技术解决了利用传统Hicks‑henne算法对基础翼型进行修正后得到的翼型的性能差的问题。本发明专利技术具体包括以下步骤：步骤一、采用caeses软件建立基础的翼型为NACA0012的仿生蟹滑翔姿态外形；步骤二、采用改进Hicks‑henne算法对步骤一建立的基础翼型模型进行修正，获得修正后的翼型模型；步骤三、利用FINEMarine软件对修正后的翼型模型进行网格绘制，计算出修正后的翼型模型的性能数据，并对修正后的翼型模型的性能数据进行优化处理，得到优化后的翼型模型性能。本发明专利技术可以应用于水下滑翔机翼型的优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法
本专利技术属于水下滑翔机翼型优化
，具体涉及一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法。
技术介绍
仿生蟹是一种可以在水下实现变形功能的特殊水下机器人，具备浅滩的多足机械形态和水下滑翔机形态。其中滑翔姿态作为仿生蟹的一个重要姿态，其水动力性能是滑翔机形态的重要优化部分，因此针对滑翔姿态的翼型优化是重要工作。滑翔姿态下的仿生蟹是一种扁平主体外形的水下滑翔机，水下滑翔机是一种常见的水下观测型机器人，其具备工作范围广，工作时间长，能耗低等特点被广泛使用。这些特点正是因为其拥有的高升阻比的翼型和平滑的主体舱室，因此对于滑翔机的优化，主要方向就是在于优化翼型的升阻比或是改善主体舱室的外形，在满足充足装配空间的要求下提高升阻比、优化翼型曲线。在实际优化过程中有很多优化翼型的算法，传统Hicks-henne算法由于时代的问题，具备一定的缺点和改进限制。比如传统Hicks-henne算法的基函数在尾缘部分修正过小，导致利用传统Hicks-henne算法对基础翼型进行修正后得到的翼型的性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决利用传统Hicks-henne算法对基础翼型进行修正后得到的翼型的性能差的问题，而提出了一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态的翼型优化设计方法。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态的翼型优化设计方法，该方法包括以下步骤：步骤一、采用caeses软件建立仿生蟹滑翔姿态外形的基础翼型模型；步骤二、采用改进Hicks-henne算法对步骤一建立的基础翼型模型进行修正，获得修正后的翼型模型；步骤三、利用FINEMarine软件对修正后的翼型模型进行网格绘制，计算出修正后的翼型模型的性能数据，并对修正后的翼型模型的性能数据进行优化处理，得到优化后的翼型模型性能数据。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态的翼型优化设计方法，本专利技术针对传统Hicks-henne算法的缺点进行改进，形成改进Hicks-henne算法。通过建立滑翔姿态的基础翼型曲线，并针对基础翼型曲线进行参数化，分别采用传统Hicks-henne算法和改进Hicks-henne算法进行优化，得到新的翼型曲线。通过对比不同翼型曲线的优化性能，可以看出，改进Hicks-henne算法的翼型可以获得较高一些的升力图像，同时还可以获得较少的阻力，通过改进Hicks-henne算法获得的翼型的性能较好。附图说明图1为传统型函数的函数图像；图2为改进型函数的函数图像；图3为滑翔姿态基础水动力外形图；图4是利用传统Hicks-henne算法改进的翼型，基于改进Hicks-henne算法改进的翼型与基础翼型的对比图；图5为基础翼型的最佳攻角下最佳升阻比性能图像；图6为传统Hicks-henne算法改进的翼型的最佳攻角下最佳升阻比性能图像；图7为改进Hicks-henne算法改进的翼型的最佳攻角下最佳升阻比性能图像；图8为三种翼型的升阻比曲线图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式所述的一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法，该方法包括以下步骤：步骤一、采用caeses软件建立仿生蟹滑翔姿态外形的基础翼型模型；步骤二、采用改进Hicks-henne算法对步骤一建立的基础翼型模型进行修正，获得修正后的翼型模型；步骤三、利用FINEMarine软件对修正后的翼型模型进行网格绘制，计算出修正后的翼型模型的性能数据，并对修正后的翼型模型的性能数据进行优化处理，得到优化后的翼型模型性能数据。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述改进Hicks-henne算法具体为：式中，ynew(x)为改进Hicks-henne算法的翼型描述函数，x为翼型上的弦向位置，ybase(x)为基础翼型描述函数，dnew-k为改进Hicks-henne算法的第k个基函数的系数，k＝1,2，…，n，n为基函数的个数，fnew-k(x)为改进Hicks-henne算法的第k个基函数；其中fnew-k(x)的表达式为：e(k)＝ln(0.5)/lnxk,0≤xk≤1(3)式中，e为自然对数，xk为翼型上选取的节点位置，a和b均为常数。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述步骤三中，对修正后的翼型模型的性能数据进行优化处理，得到优化后的翼型模型性能数据，其具体过程为：根据公式(4)的规则，对修正后翼型模型的性能数据进行优化处理，得到优化后的翼型模型性能数据；式中，代表工况，CD代表阻力，αi为设计点的第i个攻角，n′为攻角的个数，CL代表升力，为设计点的升力系数下限，为设计点的阻力系数上限；CD(·)和CL(·)代表的是不同工况下和攻角下的升力和阻力。将根据公式(4)选取出的参数作为优化后的翼型模型性能数据，利用优化后的翼型模型性能数据代表修正后的翼型模型的性能。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述步骤一中建立的基础翼型模型为NACA0012。本实施方式设置的基础翼型模型为NACA0012，但是不局限于NACA0012，本领域其他的一些基础翼型模型均可以应用于本专利技术。相关关键技术传统Hicks-henne算法：HicksHenne参数化方法是由Hicks和Henne提出的用有限的参数描述一个翼型的参数化方法。该方法选定一个基础翼型，用参数化方法描述叠加到基础翼型上竖直方向的变化量，新生成的翼型是标准翼型与参数描述的变化量叠加的结果。传统Hicks-henne算法的定义表达式如下：式中，y(x)为传统算法得到的翼型描述函数，dk为传统Hicks-henne的基函数系数，fk(x)为传统Hicks-henne算法的基函数，其中fk(x)的表达式为：e(k)＝ln(0.5)/lnxk,0≤xk≤1(7)传统型函数的函数图像如图1所示，其中dk的取值选择1。通过观察可知，传统型函数在尾缘部分修正过小，通过观察传统型函数可知，传统型函数在尾缘部分的函数值都为0，这意味着如果使用传统型函数的改进方法，那么改进后的翼型和初始翼型在尾翼部分几乎没有改进和修正。作为影响翼型水动力性能的主要部分，对其进行增加尾缘控制函数是主要改进部分。水动力模型的参数化建模和性能计算：为方便描述翼型的外形，采用参数化建模。利用善于参数化描述外形的caeses软件，选取NACA0012对称翼型做基础翼型，选取滑翔姿态下的仿生蟹主体舱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、采用caeses软件建立仿生蟹滑翔姿态外形的基础翼型模型；/n步骤二、采用改进Hicks-henne算法对步骤一建立的基础翼型模型进行修正，获得修正后的翼型模型；/n步骤三、利用FINEMarine软件对修正后的翼型模型进行网格绘制，计算出修正后的翼型模型的性能数据，并对修正后的翼型模型的性能数据进行优化处理，得到优化后的翼型模型性能数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用caeses软件建立仿生蟹滑翔姿态外形的基础翼型模型；
步骤二、采用改进Hicks-henne算法对步骤一建立的基础翼型模型进行修正，获得修正后的翼型模型；
步骤三、利用FINEMarine软件对修正后的翼型模型进行网格绘制，计算出修正后的翼型模型的性能数据，并对修正后的翼型模型的性能数据进行优化处理，得到优化后的翼型模型性能数据。


2.根据权利要求1所述的一种基于改进Hicks-henne算法的仿生蟹滑翔姿态下翼型优化设计方法，其特征在于，所述改进Hicks-henne算法具体为：



式中，ynew(x)为改进Hicks-henne算法的翼型描述函数，x为翼型上的弦向位置，ybase(x)为基础翼型描述函数，dnew-k为改进Hicks-henne算法的第k个基函数的系数，k＝1,2，…，n，n为基函数的个数，fnew-k(x)为改进Hicks-henne算法的第k个基函数；
其中f...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪德，李凌宇，孙延超，李晓佳，范金龙，张栋梁，陈欣岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23