本发明涉及一种基于椭圆载体的二维翼型设计方法，属于无人机机翼设计方法。
背景技术：
1、典型翼型由上弧线和下弧线组成。决定翼型的关键特征包括弯度、厚度、前缘半径和翼型尾端夹角，然而还存在众多其他具体参数，如前缘半径内切圆心位置、翼型弦线与内切圆圆心点和翼型前缘连接线的夹角等。这些参数直接影响翼型整体外形和气动特性。然而，考虑所有因素综合设计翼型是一项非常耗时的过程，需要开发一种具备综合优势的翼型设计算法。
技术实现思路
1、发明目的：针对二维翼型设计方面的问题和挑战，本发明基于椭圆载体提出了一种新的翼型设计方法，即“椭圆内切半径弧角交汇法”；该方法通过确定椭圆载体，并引入凹函数三点表征输入曲线来生成翼型的上弧线，解决翼型上弧线的生成问题；利用翼型上弧线和翼型厚度，通过坐标变换快速确定中弧线和下弧线，从而实现了翼型设计；通过组合翼型上弧线和下弧线，得到剖面翼型。
2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种基于椭圆载体的二维翼型设计方法，包括如下步骤：
4、step1：采用椭圆内切半径弧角交汇法设计上弧线，首先设计满足单调递减规律的输入曲线，然后将输入曲线上的点作为控制点，每个控制点对应一个上弧线点，对于输入曲线上的第个控制点，对应的上弧线点为：
5、，
6、其中：，为影响因子；
7、step2：拟合中弧线，首先随机选择两条上弧线，记为曲线和曲线；然后采用插值法拟合曲线得到曲线，接着在曲线上找到与曲线的样本点横坐标相同的样本点，接着让曲线上的样本点的纵坐标值向曲线上对应的样本点的纵坐标值逼近，最后使用比例系数调整纵坐标值逼近后的曲线得到中弧线；
8、step3：基于中弧线和上弧线，采用相同的横坐标描述，计算下弧线；
9、step4：确定翼型厚度，完成翼型曲线设计。
10、具体的，所述步骤step1中，输入曲线设计为幂函数方程，表示为，其中为大于0的常数，优选为。
11、具体的，所述步骤step1中，使用三点曲线控制法优化输入曲线，即使用起点控制点、中间控制点和终点控制点将输入曲线优化为一个下降曲线，其中起点控制点和终点控制点为输入曲线的两个端点，中间控制点的横坐标取值范围为，下降曲线的凹度由中间控制点控制。
12、具体的，若下降曲线存在纵坐标小于等于零的情形，则将该下降曲线记为，对进行重构优化：
13、首先，剔除中所有的异常点，将异常点剔除后的下降曲线记为曲线，曲线的第个组成点坐标为；
14、然后，取曲线纵坐标的最小值，对曲线所有组成点的纵坐标值进行几何坐标变换，得到曲线，曲线的第个组成点坐标为，，。
15、接着，取曲线纵坐标的最大值，对曲线所有组成点的纵坐标值进行坐标变换，得到曲线，曲线的第个组成点坐标为，，。
16、最后，取曲线横坐标最大值，对曲线所有组成点的横坐标值进行坐标变换，得到曲线，曲线的第个组成点坐标为，，。
17、具体的，所述步骤step2中，拟合中弧线具体包括如下步骤：
18、step21、随机选取2条输入曲线，按照椭圆内切半径弧角交汇法生成两条上弧线样条曲线，记为曲线和曲线，曲线与曲线上的样本点并不一定相对应；曲线包含样本点集，，样本点的坐标为，；曲线包含样本点集，样本点的坐标为，；
19、step22、采用插值法拟合曲线得到曲线，曲线与曲线上的样本点一一对应，且对应样本点的横坐标相同，纵坐标之间存在偏差，即：曲线包含样本点集，样本点的坐标为，；
20、step23、将曲线上样本点的横坐标带入曲线计算纵坐标值，在曲线上找到与曲线一一对应的样本点，组成样本点结合，样本点的坐标为，曲线上的样本点与曲线上的样本点相对应，；
21、step24、对曲线和曲线上对应样本点进行纵坐标逼近，使得中纵坐标最大值与中纵坐标最大值相等，然后等比例调整其他样本点的纵坐标，最终将过渡为，样本点的坐标为，；
22、step25、设定比例系数，对的纵坐标进行比例变换，生成中弧线，中弧线包含样本点集，样本点的坐标为，，。
23、具体的，所述步骤step3中，上弧线包含样本点集，样本点的坐标为，；中弧线包含样本点集，样本点的坐标为，;下弧线包含样本点集,样本点的坐标为,,。
24、具体的，所述步骤step4中，对于上弧线点，对应的翼型厚度通过下面控制方程进行确定：
25、。
26、其中：为横坐标位置处翼型厚度，为设定的最大翼型厚度缩放比例，为设定的缩放因子，且。
27、具体的，所述步骤step4中，利用椭圆载体的短长轴比控制翼型厚度，上弧线到翼型弦线最大距离与影响因子成一个线性关系，影响因子越大，上弧线到翼型弦线最大距离越大，最大翼型厚度越大。
28、具体的，所述步骤step4中，利用通用厚度控制法调整翼型厚度，定义上弧线、中弧线和下弧线计算最大翼型厚度为：
29、。
30、其中：上弧线包含样本点集，样本点的坐标为，；中弧线包含样本点集，，样本点的坐标为；下弧线包含样本点集，样本点的坐标为；
31、假定目标最大翼型厚度为，然后对上弧线和中弧线进行纵坐标比例控制，生成新的上弧线和新的中弧线：
32、。
33、其中：生成新的上弧线包含样本点集，样本点的坐标为；生成新的中弧线包含样本点集，样本点的坐标为。
34、具体的，采用随机组合的方法拓展翼型曲线，具体包括如下步骤：
35、首先，采用步骤step1中的椭圆内切半径弧角交汇法设计上弧线，将所有上弧线组成集合；然后，采用步骤step2中的拟合中弧线法和，设定比例系数的取值范围为，从集合中随机选择两条上弧线生成相应的中弧线；然后，采用步骤step3，根据上弧线和中弧线计算下弧线，将所有下弧线组成集合；接着，从集合中随机选择一条上弧线记为，从集合中随机选择一条下弧线记为，根据中弧线与上弧线和下弧线的关系，计算中弧线为；最后，组合上弧线、中弧线和下弧线得到一个翼型曲线；设为最大翼型厚度处的横坐标，上弧线在横坐标位置处的纵坐标为，下弧线在横坐标位置处的纵坐标为，若，且，则判断该翼型曲线不符合条件，需要剔除。
36、有益效果：本发明提供的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，基于椭圆载体提出了一种新的翼型设计方法，即“椭圆内切半径弧角交汇法”；该方法通过确定椭圆载体，并引入凹函数三点表征输入曲线来生成翼型的上弧线，解决翼型上弧线的生成问题；利用翼型上弧线和翼型厚度，通过坐标变换快速确定中弧线和下弧线，从而实现了翼型设计；通过组合翼型上弧线和下弧线，得到剖面翼型。本发明方法可从源头解决特定翼型的生成问题，提高翼型设计效率，保证翼型建模精度，为翼型设计提供了新的途径。
1.一种基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：所述步骤step1中，输入曲线设计为幂函数方程，表示为，其中为大于0的常数。
3.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：所述步骤step1中，使用三点曲线控制法优化输入曲线，即使用起点控制点、中间控制点和终点控制点将输入曲线优化为一个下降曲线，其中起点控制点和终点控制点为输入曲线的两个端点，中间控制点的横坐标取值范围为，下降曲线的凹度由中间控制点控制。
4.根据权利要求3所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：若下降曲线存在纵坐标小于等于零的情形，则将该下降曲线记为，对进行重构优化：
5.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：所述步骤step2中，拟合中弧线具体包括如下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：所述步骤step3中，上弧线包含样本点集，样本点的坐标为，；中弧线包含样本点集，样本点的坐标为，；下弧线包含样本点集，样本点的坐标为，，。
7.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：所述步骤step4中，对于上弧线点，对应的翼型厚度通过下面控制方程进行确定：
8.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：所述步骤step4中，利用椭圆载体的短长轴比控制翼型厚度，上弧线到翼型弦线最大距离与影响因子成一个线性关系，影响因子越大，上弧线到翼型弦线最大距离越大，最大翼型厚度越大。
9.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：所述步骤step4中，利用通用厚度控制法调整翼型厚度，定义上弧线、中弧线和下弧线计算最大翼型厚度为：
10.根据权利要求1所述的基于椭圆载体的二维翼型设计方法，其特在于：采用随机组合的方法拓展翼型曲线，具体包括如下步骤：
