低速小型无人机气动特性和RCS计算分析

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gongxintao
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小型无人机在近年来受到世界范围内广泛的关注,其中低速的翼型设计,和雷达散射截面积(RCS)的准确计算成为发展小型无人机的关键。本文首先针对翼型进行了单点优化与多点优化,优化的翼型能够大幅提升小型无人机的气动效率和安全性,本文使用Hicks-Henne法函数作为翼型的参数化方法,分别利用更改参数化方法、调节设计变量数目和改变所选择的均匀实验设计法的表格,来对初始翼型SD7062进行优化修改形状。单点优化中选择升阻比作为优化目标函数,多点优化中选择权重阻力系数为优化目标函数,采用遗传算法进行优化。研究结果显示,改进的Hicks-Henne法函数比未改进的Hicks-Henne法函数更适用于翼型的优化设计,优化后提高了升阻比;一定范围内增加设计变量的取值数量可以提高翼型的气动性能,说明提高单点优化可以在设计点处获得良好的气动性能,但是过于关注单个设计点会导致忽略了其他非设计点,则有可能会产生不光滑连续的翼型,并且忽略了其他非设计点对于翼型的整体影响;改变均匀实验表的取值对于优化结果也存在影响,计算结果说明新表在有限的试验次数内获取了更多的信息量,得到更好的实验结果。多点优化是利用权函数综合考虑在各个设计点的气动优化设计值,使得得到的优化设计结果是该设计域内的最优结果,相比于单点优化,多点优化虽然牺牲了部分设计点的气动性能,但是考虑了非设计点在内的整体气动性能,更加符合工程上的实际应用。然后本文针对RCS做了计算与分析研究,RCS的准确和高效率计算,是设计飞行器隐身性能的重要前提条件。本文分别对正方体、圆柱体、枣核型结构和三角面反射结构结构模型进行计算,对比了有限差分算法、矩量法以及高频混合场算法,得出矩量法适合精度很高的计算,但耗时很长。时域有限差分算法计算精度略低于矩量法,在叠加反射、产生回波强的地方计算容易出现误差,并且也有耗时长的缺点。高频混合场算法,有耗时短的优点,但是计算精度不高。最终选取了精度最高的矩量法作为小型无人机RCS的计算方法,分别计算了无人机的局部和整机模型,得出了无人机主要产生散射源的部分为机翼前缘、主机翼、尾翼,并对其散射形式和结果做了分析。
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