考虑气动-结构的高空螺旋桨多学科优化方法

为实现高空螺旋桨高效率和轻质量之间的权衡设计，提出一种考虑螺旋桨气动-结构性能的多学科多目标优化设计方法，理论上可得到约束条件下推力最大和质量最小的Pareto解集。但工程应用中，变量太多，可接受时间内仅能获得Pareto解集拟合趋势。为避免优化周期太长，提出以下阶段性优化方法。阶段1：根据上述Pareto解集拟合趋势和平台约束，确定最优桨径；阶段2：进行基于最优桨径的气动优化获得气动外形，结构优化获得结构方案。使用该方法对高空太阳能无人机螺旋桨优化，两个阶段耗时分别为96 h和4 h。对获得螺旋桨制造，仿真和试验，对比结果表明：推力最大误差为10.9%，质量误差为6.9%，刚度误差为15.2%，固有频率误差为15.4%，试验结果也表明该方法的合理有效性。