9、两栖螺旋桨与多旋翼无人机的性能优化与控制策略

两栖螺旋桨与多旋翼无人机的性能优化与控制策略

两栖螺旋桨优化

在对两栖螺旋桨进行优化时，需要一款能快速求解系数的软件，以评估足够多的参数组合，确保优化过程中的种群多样性。XFoil软件是个理想之选，它基于CFD面板法，能在2 - 4秒内完成评估，精度也能满足研究需求。

理论背景

• 翼型参数化方法 ：常见的翼型参数化技术有Bsplines、Parsec和Bezier Curves等，但这些方法存在设计空间小、方程编码复杂等问题。而Kulfan CST方法通过两个函数来表示二维或三维的曲线和体积，具有较大优势。
• CST方法公式 ：$\zeta(\Psi) = C(\Psi)S(\Psi) + \Psi\zeta_{te}$ ，其中形式函数表明使用的几何类型，类函数在平面(i,j)中界定曲线。该方法的优势在于Bernstein多项式，可从二阶（每个翼型8个控制变量）到无穷阶。为平衡优化复杂度和计算时间，选用4次多项式，可得到12个变量，实现较高的几何参数化精度。
• 系数求解方法 ：为快速求解Bernstein多项式的系数，采用基于几何比较的随机搜索方法“fminsearch” MATLAB函数，比较函数为：$\sum_{x = 0}^{i} = abs(z_{par} - z_{ref})$ ，其中$z_{par}$是参数化方法得到的几何距离，$z_{ref}$是初始几何的原始距离，该函数应用于翼型的上下表面。
• 优化算法选择 ：采用NSGA - II算