【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及火星探测无人机，具体为一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶及其应用。
技术介绍
1、无人机的应用对于在大气稀薄的条件下进行大范围探测任务并获取高质量数据具有关键作用。然而，这种极端环境条件对传统无人机的设计提出了一系列挑战。例如火星，大气压力约为地球的百分之一，而且其大气成分主要是二氧化碳，这使得空气密度较低，对飞行器的升力和推进效果产生显著影响。在这样的环境下，传统的飞行器往往难以维持稳定的飞行状态，因此需要针对稀薄大气的特殊条件对无人机性能进行优化。
2、桨叶作为无人机的关键组成部分，其优化设计成为提高无人机性能的关键之一。传统桨叶的形状和尺寸由翼型、弦长、扭转角等参数决定。传统桨叶结构的优点是结构简单，制造成本低，可靠性高，适用于低速和低空飞行。
3、但是，传统桨叶由于采用塑料或尼龙纤维等材料制造，且未针对极端环境下的运行条件进行相应的叶片气动性能优化，在高转速、稀薄大气环境下更容易受到气动力学效应的影响，包括大气稀薄导致的升力不足、高速旋转时桨叶出现抖动与振动、产生流动分离等，导致推进效果不佳和飞行稳定性差。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶及其应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术提供一种无人机桨叶仿生结构，以解决上述现有桨叶结构在稀薄气体环境条件下气动性能不佳的问题，实现无人机的稳定
4、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
5、本专利技术提供一种无人机桨叶仿生结构，所述仿生结构是将桨叶前缘的平滑结构修改为凹凸结构；
6、所述仿生结构是模仿座头鲸鱼鳍前缘的凹凸结构，用于抑制无人机桨叶在高转速下可能发生的流动分离现象，从而使桨叶在风速波动条件下输出较为稳定的拉力，并且减少桨叶旋转时的阻力；
7、所述仿生结构的安装位置在原桨叶前缘，具体是将原桨叶前缘从距离桨叶旋转中心0.2r处到r处修改为凹凸结构，r为桨叶旋转半径，即桨叶叶尖最远端与旋转中心的距离；
8、所述凹凸结构的轮廓为正弦(或余弦)曲线，其主要控制参数是波长λ与振幅a；
9、所述波长λ与振幅a的大小由桨叶当地截面翼型的弦长c决定，本专利技术选取的波长λ＝10％～50％c，振幅a＝2.5％～12％c；
10、所述原桨叶前缘结构的修改包括对处于正弦(或余弦)曲线波谷位置的切除和对波峰位置的延伸，同时保证仿生结构轮廓的正弦(或余弦)曲线的中线位置与原桨叶前缘轮廓一致。
11、本专利技术公开了以下效果：
12、本专利技术通过修改无人机桨叶前缘的结构来改善桨叶在稀薄气体环境下气动性能不佳的情况。利用模仿座头鲸鱼鳍前缘的仿生结构，可以减小桨叶的阻力、抑制高转速条件下的流动分离、改善失速特性、提高桨叶在风速剧烈波动条件下输出拉力的稳定性。
13、通过改变仿生结构的凹凸曲线参数(波长λ和振幅a)来预测不同尺寸仿生结构对桨叶气动性能的优化效果，从而优选一种合适的参数来最大化提升桨叶性能。
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1.一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶，包括一个桨叶主体，其特征在于：所述桨叶主体的前缘沿着桨叶主体的弦向分布有若干凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶，其特征在于：所述桨叶主体的材料为碳纤维复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶，其特征在于：所述桨叶主体的翼型为基于NACA6904进行优化得到的一款翼型，所述桨叶主体的扭转角为9～25°，其中距离旋转中心0.2R处截面翼型的扭转角为25°，距旋转中心R处截面翼型的扭转角为9°。
4.根据权利要求1所述的无人机桨叶的仿生结构，其特征在于：所述凹凸结构的轮廓为正/余弦曲线。
5.根据权利要求1所述的无人机桨叶的仿生结构，其特征在于：所述凹凸结构的主要控制参数是波长λ与振幅A；所述波长λ与振幅A的大小由桨叶当地截面翼型的弦长c决定，本专利技术选取的波长λ＝10％～50％c，振幅A＝2.5％～12％c。
6.根据权利要求1所述的无人机桨叶的仿生结构，其特征在于：所述凹凸结构安装位置为，在桨叶前缘从距离
7.一种无人机，包括一个机身和至少一个螺旋桨，其特征在于：所述螺旋桨包括权利要求1-6之一所述的一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶。
8.一种火星飞行器，其特征在于：所述火星飞行器包括权利要求1-6之一所述的一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶，包括一个桨叶主体，其特征在于：所述桨叶主体的前缘沿着桨叶主体的弦向分布有若干凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶，其特征在于：所述桨叶主体的材料为碳纤维复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种适用于稀薄气体条件下的仿生结构桨叶，其特征在于：所述桨叶主体的翼型为基于naca6904进行优化得到的一款翼型，所述桨叶主体的扭转角为9～25°，其中距离旋转中心0.2r处截面翼型的扭转角为25°，距旋转中心r处截面翼型的扭转角为9°。
4.根据权利要求1所述的无人机桨叶的仿生结构，其特征在于：所述凹凸结构的轮廓为正/余弦曲线。
5.根据权利要求1所述的无人...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明明，冯宇，邓燕飞，李万胜，喻锦程，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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