无人机设计仿真--在Isight平台上进行的基于CST参数化+Xfoil的无人机翼型优化

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了翼型优化设计的方法和流程。翼型优化设计通常以升阻比为目标，但在小型无人机低雷诺数飞行时，应以功率因子为优化目标，以减小功耗。翼型优化设计流程包括参数化、流场计算、优化设计等步骤。翼型参数化采用CST参数化方法，流场计算采用Xfoil软件，优化设计采用iSIGHT软件。优化设计过程中，需要设置优化目标函数、翼型参数上下限等参数。优化设计完成后，需要对结果进行验证。翼型优化设计适用于航空类在校学生、机设计工程师、航模爱好者等。

一、工程背景

二、案例描述

三、优化流程

该方法使用形函数系数作为设计变量，在使用较少设计变量的情况下，能够精确地描述翼型的几何外形，该方法可以简述为公式。

其中，

为翼型的类函数，参数:

分别取1，0.5；

为部件形函数，n为其阶数；表示与部件形函数相关的二项式系数。

翼型优化时所涉及的流场计算方法，主要有：

Xfoil计算的翼型结果输出文件

四、操作流程

图4-1基于CST参数化的翼型优化流程

五、结果验证

六、关于小型无人机用低雷诺数翼型优化的思考

传统的翼型气动优化目的一般是为了获取最优升阻比，以提高翼型的气动效率。小型电动无人机多在低雷诺数范围内飞行，该类飞行器不仅雷诺数低，而且驱动动力能源非常有限，长航时的追求是此类飞行器的研制重点。因此，对翼型的优化应从减小功耗方面考虑。低速飞机在飞行过程中的简化功率公式为：

其中功率因子定义为：

升阻比为：

与功率因子

的公式形式接近，但最大升阻比并不对应着最大功率因子。从公式可以看出翼载荷

和功率因子

决定了飞行器的飞行功耗。翼载荷固定时，功率因子越大，飞机功耗就越小，飞行时间也越长，因而低雷诺数翼型以功率因子为优化目标更具实际意义。

七、写在文后

1、适合哪些人学习

• 航空类在校学生

• 机设计工程师

• 航模爱好者

• 掌握翼型CST参数化程序的使用，包括：

  ① 输入输出文件的准备；

  ② 参数化的注意点；

• 掌握Xfoil程序的使用，包括：

  ① 输入输出文件的准备；

  ② 批处理文件的编写；

• 掌握Isight软件的集成，包括：

  ① simcode的集成；

  ② 优化参数的设置；

  ③ 特殊情况的处理；

  ④ 结果的分析；

• 流程总结

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作者：Graychen ，仿真秀专栏作者