一种电动推进螺旋桨的快速设计方法技术

本发明专利技术涉及一种电动推进螺旋桨的快速设计方法，包括步骤：S1：明确电动推进无人机总体设计技术要求；S2：确定螺旋桨设计额定转速ω及设计直径D；S3：确定翼型配置；S4：采用统计经验的方法初步确定弦长分布b(x)；S5：确定扭转β(x)分布；S6：螺旋桨性能的评估；S7：判断计算推力T与设计需用推力T

【技术实现步骤摘要】
一种电动推进螺旋桨的快速设计方法


[0001]本专利技术属于电动无人机动力系统设计领域，具体涉及一种电动推进螺旋桨的快速设计方法。

技术介绍

[0002]随着通用航空的兴起，无人机应用越来越广泛，不管是军事还是民用领域，无人机根据动力来源的不同，主要分为电动和油动两种类型，相较于油动驱动，电动无人机具备动力系统结构简单、有效载荷大、操纵简单及环保等优势，因此，现有各中小型无人机基本倾向于采用电动驱动形式。螺旋桨作为电动无人机动力系统的核心，其自身工作流场复杂，设计难度大。常规设计方法主要是基于代理模型的优化设计，计算方法有数值和解析计算，由于螺旋桨外形复杂，设计变量过多，不论是数值还是理论方法，均存在迭代周期长，难以收敛等问题，不适用电动推进无人机总体方案设计阶段的快速论证需求。
[0003]因此，如何改进常规螺旋桨设计方法以克服上述的技术缺陷，是本领域急需解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]针对常规螺旋桨设计方法迭代周期长且难以收敛等问题，本专利技术提供了一种电动推进螺旋桨的快速设计方法，目的在于提供一种电动推本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动推进螺旋桨的快速设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：明确电动推进无人机总体设计技术要求，包括设计高度H、需用推力T
design
、巡航速度V、巡航效率η和尺寸约束；S2：确定螺旋桨设计额定转速ω及设计直径D；S3：确定翼型配置；S4：确定弦长b(x)分布；采用统计经验的方法初步确定弦长分布b(x)；S5：确定扭转β(x)分布；利用动量理论，只考虑轴向诱导速度，初步确定诱导速度v
d
分布，根据叶素速度多边形，计算出螺旋桨的来流角根据已配置的翼型，结合工作雷诺数Re和马赫数Ma，经XFoil确定出每个叶素剖面的最优设计迎角α
opt
，根据叶素速度多边形，可得到叶素剖面的安装角β(x)分布；S6：螺旋桨性能的评估；依据片条理论对螺旋桨进行建模分析，根据叶素速度多边形、环量理论和径向动量理论，迭代得到诱导速度的分布，对整个桨叶段积分可得到螺旋桨推力系数C
T
及功率系数C
P
，然后可得到螺旋桨的推力T和功率P，最终计算得到螺旋桨巡航效率η；S7：判断计算推力T与设计需用推力T
design
关系；当计算推力T大于设计需用推力T
design
时，初步满足设计要求，执行下一步，反之，可改变设计直径、翼型配置或其他设计参数，继续执行步骤S2及后续步骤；S8：计算能量消耗；根据总体设计要求巡航时间t，结合巡航所需的功率P及电池的比能量e，可计算出巡航所需的最小电池重量W；判断W是否满足总体初步设计重量分配电池所允许的重量W
b
，若满足，则此螺旋桨设计初步方案满足设计要求，若不满足，继续改变设计参数，继续执行步骤S2及后续步骤。2.根据权利要求1所述的一种电动推进螺旋桨的快速设计方法，其特征在于，所述步骤S2中，螺旋桨设计额定转速ω与设计直径D的确定用桨尖速度V
tip
来表征，设计的桨尖速度不大于0.75马赫，即：式中：a为当地的音速，V为巡航速度。3.根据权利要求1所述的一种电动推进螺旋桨的快速设计方法，其特征在于，所述步骤S3中，翼型配置采用三段翼型，桨叶半径为R，在桨根0.2R～0.5R处将采用厚翼型；在内段0.5R～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：裴家涛，黄晓龙，李康伟，周子鸣，张达，张华君，刘青，许铠通，
申请(专利权)人：湖北航天飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：