考虑动态滑翔性能的仿生机翼优化设计

摘要

为解决当前无人机续航能力有限的问题，基于信天翁的动态滑翔飞行机制，对考虑动态滑翔性能的仿生机翼进行优化设计，旨在提升无人机的动态滑翔性能与环境适应能力。根据信天翁的翅膀结构特点，建立了三段式仿生机翼的参数化模型，并选择展长、弦长、上反角和后掠角作为设计变量。基于已有研究成果，以最大升阻比为优化目标，结合动态滑翔的动力学模型构建了仿生机翼的优化模型。为了提高优化效率，利用神经网络拟合函数构建了仿生机翼的升力和阻力系数代理模型，并结合遗传算法对优化模型进行求解。仿真结果表明，优化后的机翼相较于基于图像测量的平直仿生机翼，在多个关键指标上实现显著提升：最大升阻比提高了13.73%,最小风梯度降低了16.23%,最大迎角增加了60%,最大升力系数增加了5.9%,最大总能量增加了33.61%。研究结果表明，优化后的仿生机翼具有更好的动态滑翔性能、更强的环境适应性及能量获取和利用能力。该研究为高动态滑翔能力的长续航仿生无人机的设计与优化提供了新的方法与思路。

关键词

动态滑翔 / 仿生机翼 / 参数化模型 / 能量获取

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52202435); 中央高校基本科研业务费资助项目(300102254206); 西安市科协青年人才托举计划资助项目(959202313091)