【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無人機，具體為一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法。
技術介紹
1、近年來，隨著城市化進程的加速和高層建筑的普及，火災事故的發生頻率逐漸上升，給人民生命財產安全帶來了嚴重威脅。傳統滅火方式主要依賴消防車和人工滅火，通常存在反應時間長、操作不便、作業環境復雜等問題，這使得傳統滅火手段在處理突發火災時顯得力不從心。尤其是在面臨高層建筑、狹窄巷道和復雜地形的火災時，消防人員的作業難度更大，救援效率也大大降低。因此，開發新型滅火設備、提升滅火效率顯得尤為重要。
2、無人機作為一種新興的高科技消防輔助工具，因其靈活性和快速部署能力，逐漸受到關注。多旋翼無人機在火災現場的應用，可以通過空中投放滅火劑、進行火勢偵查等方式，有效提高滅火效率。然而，現有的滅火無人機在飛行性能、載荷能力和操作穩定性等方面依然存在不足，尤其是槳葉設計的優化不足，導致其在實際作業中無法發揮出最佳性能。傳統的槳葉設計往往忽視了材料特性與空氣動力學特性之間的相互作用，造成了飛行效率低下和航空動力不足的問題。
3、此外，針對無人機槳葉設計的模擬與優化，傳統方法多依賴于經驗和簡單的計算，缺乏科學的系統性分析。這使得設計的槳葉在實際應用中難以滿足高效滅火的需求，特別是在面對不同類型火災時，槳葉的性能表現可能會受到影響。因此，針對槳葉的空氣動力學特性、材料性能以及飛行評估等多個維度進行綜合優化，成為提升滅火無人機性能的關鍵所在。在此背景下，開發出一種集成化、系統化的槳葉優化設計方法，既能提高多旋翼投彈式滅火無人機的工作效率，也為無人機的
4、現有技術中的，公開號為cn113408044a公開了一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法、系統、設備及存儲介質，通過：確定工況條件參數，并選擇參考翼型；將參考翼型參數化獲得基礎翼型；對基礎翼型進行優化，獲得最佳翼型；最佳翼型三維仿真驗證。該現有技術的多旋翼無人機槳葉優化設計方法，具有適用性廣、優化維度高、優化效率高、優化效果好等諸多優點。但是現有技術依舊存在缺陷，該現有技術在優化槳葉參數時，只考慮了在飛行過程，槳葉的幾何特性對飛行效果造成的影響，忽略了對槳葉自身材料對飛行情況的重要影響和槳葉承受壓力對飛行效果和槳葉壽命的重要影響。
5、在所述
技術介紹
部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，具體步驟包括：
4、步驟1：獲取多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速，通過多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速將多旋翼投彈式滅火無人機劃分為n個轉速擋位，并得到各個轉速擋位的轉速中間值；
5、步驟2：獲取機身幾何設計數據和槳葉設計數據，使用cfd軟件構建滅火無人機模型，使用滅火無人機模型進行空氣動力學分析，獲取不同轉速中間值下的飛行動力數據；獲取槳葉材料性質數據，根據槳葉材料性質數據和飛行動力數據生成對應的槳葉飛行評估系數；
6、步驟3：對各個轉速中間值下的槳葉飛行評估系數進行分析獲得飛行質量評估系數；
7、步驟4：構建飛行質量評估模型，獲取歷史槳葉設計數據和歷史飛行質量評估系數，以歷史槳葉設計數據為輸入，對應的歷史飛行質量評估系數為標簽訓練飛行質量評估模型；
8、步驟5：以步驟2獲取的槳葉設計數據為初始解，并以槳葉飛行評估系數最大化為優化目標，使用模擬退火算法對槳葉設計數據進行優化，獲取最優槳葉設計數據。
9、進一步地，分轉速擋位所依據的具體邏輯為：獲取多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速，通過多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速將多旋翼投彈式滅火無人機劃分為n個轉速擋位，劃分轉速擋位所依據的具體公式為：
10、
11、其中，spi為第i個轉速擋位的轉速，sp0為最大轉速擋位，n為轉速擋位數，i為轉速擋位索引。
12、進一步地，所述槳葉設計數據包括多旋翼投彈式滅火無人機槳葉的總長、總寬、最大厚度、最小厚度、表面積和最大彎曲角；所述飛行動力數據包括無人機升力、無人機阻力、槳葉根部壓力和槳葉尖端壓力；
13、進一步地，生成槳葉飛行評估系數所依據的具體邏輯為：獲取槳葉材料性質數據，根據槳葉材料性質數據生成材料性能系數，根據材料性能系數和飛行動力數據生成槳葉飛行評估系數；所述材料性質數據包括槳葉材料的硬度、疲勞強度、抗壓強度、抗拉強度和泊松比；
14、生成材料性能系數所依據的具體公式為：
15、
16、其中，cl為材料性能系數，ha為槳葉材料的硬度，r為槳葉材料的疲勞強度，f為槳葉材料的抗拉強度，b為槳葉材料的抗壓強度，sb為槳葉材料的泊松比；
17、生成槳葉飛行評估系數所依據的具體公式為：
18、
19、其中，y為槳葉飛行評估系數，fu為無人機升力，fdo為無人機阻力，pg為槳葉根部壓力，pj為槳葉尖端壓力。
20、進一步地，生成飛行質量評估系數所依據的具體邏輯為：計算轉速中間值對應的槳葉飛行評估系數；對各個轉速中間值下的槳葉飛行評估系數進行分析獲得飛行質量評估系數；生成飛行質量評估系數所依據的具體公式為：
21、
22、其中，fy為飛行質量評估系數，yi為第i個擋位轉速的轉速中間值所對應的槳葉飛行評估系數，spi為第i個轉速擋位的轉速中間值，n為轉速擋位數，i為轉速擋位索引。
23、進一步地，確定槳葉設計數據的優化目標為飛行質量評估系數最大，以步驟2獲取的槳葉設計數據作為模擬退火算法中槳葉設計數據的初始解；
24、通過模擬退火算法尋找最優槳葉設計數據，設置退火初始溫度和降溫系數，在退火初始溫度下，對初始解進行鄰域搜索，在參數范圍內隨機選擇一個鄰近解，使用飛行質量評估模型預測出鄰近解的飛行質量評估系數，根據metropolis準則確定接受新解的概率。
25、進一步地，根據metropolis準則確定接受新解的概率的公式為：
26、
27、其中，p為新的飛行質量評估系數被接受的概率，fyk+1為第k+1個產生的飛行質量評估系數，fyk為第k個產生的飛行質量評估系數，k為飛行質量評估系數產生順序索引，t為退火溫度，通過降溫系數不斷調節退火溫度直至達到終止條件；
28、設定的模擬退火算法終止條件為：
29、生成飛行質量評估系數的解的總個數為x,對于一個已找到的當前最優飛行質量評估系數fyl，若之后的x-l次迭代中，飛行質量評估系數均為fyl，則迭代結束輸出飛行質量評估系數均為fyl所對應的槳葉設計數據。
30、與現有技術相比，本專利技術的有本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于，具體步驟包括：
2.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于：劃分轉速擋位所依據的具體邏輯為：獲取多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速，通過多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速將多旋翼投彈式滅火無人機劃分為N個轉速擋位，獲取轉速中間值所依據的具體公式為：
3.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于：所述槳葉設計數據包括多旋翼投彈式滅火無人機槳葉的總長、總寬、最大厚度、最小厚度、表面積和最大彎曲角；所述飛行動力數據包括無人機升力、無人機阻力、槳葉根部壓力和槳葉尖端壓力。
4.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于：生成槳葉飛行評估系數所依據的具體邏輯為：獲取槳葉材料性質數據，根據槳葉材料性質數據生成材料性能系數，根據材料性能系數和飛行動力數據生成槳葉飛行評估系數；所述材料性質數據包括槳葉材料的硬度、疲勞強度、抗壓強度、抗拉強度和泊松比；
5.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈
6.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于：確定槳葉設計數據的優化目標為飛行質量評估系數最大，以步驟2獲取的槳葉設計數據作為模擬退火算法中槳葉設計數據的初始解；
7.根據權利要求6所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于：根據Metropolis準則確定接受新解的概率的公式為：
...【技術特征摘要】
1.一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于，具體步驟包括：
2.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于：劃分轉速擋位所依據的具體邏輯為：獲取多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速，通過多旋翼投彈式滅火無人機槳葉最大轉速將多旋翼投彈式滅火無人機劃分為n個轉速擋位，獲取轉速中間值所依據的具體公式為：
3.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計方法，其特征在于：所述槳葉設計數據包括多旋翼投彈式滅火無人機槳葉的總長、總寬、最大厚度、最小厚度、表面積和最大彎曲角；所述飛行動力數據包括無人機升力、無人機阻力、槳葉根部壓力和槳葉尖端壓力。
4.根據權利要求1所述的一種多旋翼投彈式滅火無人機槳葉優化設計...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鞠軍偉，王晗宇，于泳，
申請(專利權)人：齊魯工業大學山東省科學院，
類型：發明
國別省市：
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