太陽能飛機翼型設計方法及太陽能飛機翼型的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及翼型設計領域，尤其設及一種太陽能飛機翼型設計方法及太陽能飛機 翼型。
【背景技術】
[0002] 太陽能飛機由于具有不需消耗燃油且飛行高度較高的特點，因此一直是對地觀測 及通訊中繼業(yè)務的良好平臺，目前各國都投入了大量的人力及資金對其開展研究。其中，太 陽能飛機的翼型是關系到太陽能飛機安全及其氣動性能的重要部件，如何設計出具備高升 力、低雷諾數(shù)的太陽能飛行翼型氣動外形一直是該領域的熱點問題。
[0003] 太陽能飛機的翼型設計通常需要滿足在不同升力系數(shù)、不同雷諾數(shù)條件下盡量提 高巡航點氣動效率，同時還要滿足翼型的結構強度，W及太陽能電池的安裝要求，然而現(xiàn)有 技術的太陽能飛機的翼型，其在高空且空氣稀薄的環(huán)境下的飛行能力并不理想，升力不夠 易失速，很難在高空維持升力穩(wěn)定飛行，且為了保證翼型的結構強度，太陽能電池的安裝空 間不是很大，續(xù)航能力難W保證。運些問題都亟需設計一種翼型，使其即能夠滿足高空環(huán)境 下低速平穩(wěn)飛行的要求，又能夠保證在高升力系數(shù)、低雷諾數(shù)條件下的高氣動效率及長時 間巡航能力。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提供一種太陽能飛機翼型設計方法及太陽能飛機翼型，該飛機翼型適合高 升力系數(shù)、低雷諾數(shù)太陽能飛機使用，在高空低速環(huán)境下飛行的氣動效率高，且電池安裝空 間大，保證更長的續(xù)航時間。
[0005] 本發(fā)明提供一種太陽能飛機翼型設計方法，包括：
[0006] 獲取機翼參考模型的第一翼型參數(shù)，所述第一翼型參數(shù)包括：第一翼型最大相對 厚度、所述第一翼型最大相對厚度的相對位置、第一翼型最大相對彎度；所述第一翼型最大 相對彎度的相對位置、第一翼型頭部半徑；
[0007] 根據(jù)設計需求參數(shù)確定翼型設計的約束條件，所述設計需求參數(shù)包括：飛行速度、 升力系數(shù)、雷諾數(shù)；所述約束條件包括：最大相對厚度闊值、距離翼型前緣20%~60%弦長 范圍內的翼型厚度闊值；
[0008] 根據(jù)所述機翼參考模型的第一翼型參數(shù)W及所述翼型設計的約束條件，采用遺傳 算法和/或數(shù)值仿真，確定滿足所述設計需求參數(shù)且在所述約束條件的各個闊值范圍內的 第二翼型參數(shù)，根據(jù)所述第二翼型參數(shù)確定太陽能飛機翼型。
[0009] 本發(fā)明還提供一種太陽能飛機翼型，包括：機翼上翼面、機翼下翼面、太陽能電池 容置腔；
[0010] 所述機翼上翼面與所述機翼下翼面圍成飛機翼型；所述機翼上翼面與所述機翼下 翼面間的最大相對厚度為13% ;所述最大相對厚度處于歸一化機翼弦長的0. 324位置處； 所述飛機翼型的最大相對彎度為5. 32% ;所述最大相對彎度處于歸一化機翼弦長的0. 5位 置處；所述機翼上翼面與機翼下翼面圍成的機翼頭部半徑為1.1%，所述太陽能電池容置 腔位于所述機翼上翼面與機翼下翼面圍成的機翼的內部。
[0011] 本發(fā)明的太陽能飛機翼型設計方法及太陽能飛機翼型，通過獲取機翼參考模型的 第一翼型參數(shù)，并根據(jù)設計需求參數(shù)確定翼型設計的約束條件，從而根據(jù)第一翼型參數(shù)W 及約束條件，采用遺傳算法和/或數(shù)值仿真，確定出滿足設計需求參數(shù)且在約束條件的各 個闊值范圍內的第二翼型參數(shù)，再根據(jù)第二翼型參數(shù)確定出太陽能飛機翼型。從而使該太 陽能飛機翼型適合高升力系數(shù)、低雷諾數(shù)太陽能飛機使用，且在高空低速環(huán)境下飛行的氣 動效率高，續(xù)航時間長。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型設計方法的流程圖；
[0013] 圖2為翼型的典型外形圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型在升力系數(shù)（Cl= 1)時的壓力分布圖；
[0015] 圖4為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型與Boeingie翼型在升力系數(shù)（Cl= 1)時下 翼面摩擦系數(shù)分布圖.
[0016] 圖5為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型的S視圖；
[0017] 圖6為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型與Boeingie翼型的外形對比圖；
[001引圖7為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型20%~60%弦長范圍內安裝電池示意圖；
[0019] 圖8為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型與Boeingie翼型的升力隨迎角變化曲線對 比圖；
[0020] 圖9為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型與Boeingie翼型的升阻比隨升力變化曲線 對比圖。
【具體實施方式】
[0021] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例， 對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。需要說明的是，在附圖或說明書中， 相似或相同的元件皆使用相同的附圖標記。
[002引圖1為本發(fā)明實施例一提供的太陽能飛機翼型設計方法的流程圖，如圖1所示，該 太陽能飛機翼型設計方法包括：
[0023] 步驟101、獲取機翼參考模型的第一翼型參數(shù)。
[0024] 具體的，第一翼型參數(shù)包括：第一翼型最大相對厚度、第一翼型最大相對厚度的相 對位置、第一翼型最大相對彎度；第一翼型最大相對彎度的相對位置、第一翼型頭部半徑。 機翼參考模型可W采用現(xiàn)有技術中的各個太陽能飛機翼型模型，例如：Boeingl6翼型。參 考翼型的選擇，可由技術人員根據(jù)設計需求進行確定，本申請對此不作限定。其中，在空氣 動力學中，翼型指剖面形狀不變的無限翼展機翼，翼型的典型外形如圖2所示，它前端圓 滑，后端成尖角形；后尖點稱為后緣B;翼型上距后緣B最遠的點稱為前緣A;連接前后緣的 直線稱為翼弦，其長度稱為弦長L1。在翼型內部作一系列與上下翼面相切的內切圓，諸圓 屯、的連線稱為翼型的中弧線L2,其中最大內切圓的直徑稱為翼型的最大厚度，中弧線L2和 翼弦之間的最大距離稱為最大彎度。分別計算翼型最大厚度、最大彎度與翼弦弦長Ll的比 值，得到最大相對厚度、最大相對彎度；前緣的曲率半徑稱為前緣半徑或頭部半徑，上述數(shù) 值通常用百分數(shù)表示，例如：Boeingl6的最大相對厚度為13. 1 %、最大相對彎度為5. 35%、 頭部半徑為1. 258%。最大相對厚度的相對位置、最大相對彎度的相對位置，是最大厚度位 置、最大彎度位置與弦長Ll的比值。例如：Boeingl6的最大相對厚度的相對位置為0. 32、 最大相對彎度的相對位置為0. 29。
[00巧]步驟102、根據(jù)設計需求參數(shù)確定翼型設計的約束條件。
[0026] 具體的，設計需求參數(shù)包括：飛行速度、升力系數(shù)、雷諾數(shù)；約束條件包括：最大相 對厚度闊值、距離翼型前緣20%~60%弦長范圍內的翼型厚度闊值。設計需求參數(shù)的不 同，約束條件的設定不同會直接影響到翼型的氣動性能，上述是本發(fā)明優(yōu)選的設計需求參 數(shù)和約束條件，還可W根據(jù)設計需求增加如翼型重量、翼型材料等約束條件。其中，最大相 對厚度闊值、距離翼型前緣20 %~60 %弦長范圍內的翼型厚度闊值的設定還可W保證翼 型內部空間的增加，便于安裝更大的電池，提升續(xù)航能力。
[0027] 步驟103、根據(jù)機翼參考模型的第一翼型參數(shù)W及翼型設計的約束條件，采用遺傳 算法和/或數(shù)值仿真，確定滿足設計需求參數(shù)且在約束條件的各個闊值范圍內的第二翼型 參數(shù)，根據(jù)第二翼型參數(shù)確定太陽能飛機翼型。
[0028] 本實施例的太陽能飛機翼型設計方法，通過獲取機翼參考模型的第一翼型參數(shù)， 并根據(jù)設計需求參數(shù)確定翼型設計的約束條件，從而根據(jù)第一翼型參數(shù)W及約束條件，采 用遺傳算法和/或數(shù)值仿真，確定出滿足設計需求參數(shù)且在約束條件的各個闊值范圍內的 第二翼型參數(shù)，再根據(jù)第二翼型參數(shù)確定出太陽能飛機翼型。從而使該太陽能飛機翼型適 合高升力系數(shù)、低雷諾數(shù)太陽能飛機使用，且在高空低速環(huán)境下飛行的氣動效率高，續(xù)航時 間長。
[0029] 進一步地，在上述實施例的基礎上，在步驟103、根據(jù)第二翼型參數(shù)確定太陽能飛 機翼型之后，還包括：
[0030] 根據(jù)太陽能飛機翼型在升力系數(shù)為1時的壓力分布，和/或，根據(jù)太陽能飛機翼型 在升力系數(shù)為1時的下翼面摩擦系數(shù)分布，修正太陽能飛機翼型，得到第=翼型參數(shù)。
[0031] 具體的，圖3為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型在升力系數(shù)（Cl= 1)時的壓力分布 圖，圖4為本發(fā)明提供的太陽能飛機翼型與Boeingie翼型在升力系數(shù)（Cl= 1)時下翼面 摩擦系數(shù)分布圖，根據(jù)上述圖3、圖4實驗數(shù)據(jù)分析，并與機翼參考模型（例如：Boeingl6翼 型）的摩擦系數(shù)進行比對，修正太陽能飛機翼型，得到第=翼型參數(shù)。第=翼型參數(shù)為第二 翼型參數(shù)的更優(yōu)化數(shù)據(jù)。進一步提升太陽能飛機的飛行性能。
[0032] 進一步地，太陽能飛機翼型的設計效果很大程度上取決于機翼參考模型的第一翼 型參數(shù)的選取，優(yōu)