本发明涉及无人机控制，特别涉及一种基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法。
背景技术：
1、一般而言，保证无人机作业具备高效的工作性能的前提是其闭环系统控制性能良好，而闭环系统的控制性能，往往由于其标称动力学模型息息相关。因此需要对无人机系统开展耦合动力学的研究，这是进一步改善其控制性能的理论基础。为了保证控制性能的跟踪误差响应尽可能小，往往需要一个好的开环控制系统，而开环控制系统又需要一个良好可靠的动力学模型，它能准确地表示出所期望的系统动力学。
2、以往涵道式无人机动力学的建模研究，为了建模的简化和后续控制器的设计方便，涵道螺旋桨之间相互干扰所带来的气动影响通常被忽略，然而未建模且复杂的空气动力学是精确飞行控制的最显著挑战之一。
3、传统的无人机控制方法在控制设计中忽略了这些非定常、非线性的气动效应，会导致控制性能大幅下降，因此，考虑涵道螺旋桨气动干扰的系统非线性动力学机理推导还有待探索。
技术实现思路
1、基于此，本发明的目的是提供一种基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，以解决现有技术中的不足。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，所述方法包括：
3、基于气动干扰建立涵道中螺旋桨的初始动力学模型，各所述涵道中匹配一所述螺旋桨；
4、将所述螺旋桨的出流口的尾流边界、不同所述涵道中螺旋桨的间距以及所述螺旋桨的尾迹平面到所述螺旋桨的桨盘的归一化距离予以关联，计算出所述螺旋桨的尾流边界的偏移量；
5、基于所述尾流边界的偏移量对所述初始动力学模型进行转化，得到目标动力学模型。
6、优选的，所述基于气动干扰建立涵道中螺旋桨的初始动力学模型的步骤包括：
7、建立无气动干扰下涵道中螺旋桨的动量理论模型和叶素理论模型；
8、将所述动量理论模型和所述叶素理论模型进行联立，并基于气动干扰建立多涵道中一螺旋桨的初始动力学模型。
9、优选的，所述初始动力学模型的表达式如下所示：
10、
11、
12、其中，为气动干扰下所述螺旋桨的气动升力，为空气密度，为所述涵道中螺旋桨的半径，为所述螺旋桨的桨盘的平面面积，为所述涵道的入流口的入流平面面积，为所述螺旋桨的桨盘处的气流流速，为所述螺旋桨的桨叶的数目，为升力系数的斜率，为所述桨叶的弦长，为所述螺旋桨的转速，为所述螺旋桨的安装角，为所述螺旋桨的桨叶的扭转角，为前进比。
13、优选的，所述计算出所述螺旋桨的尾流边界的偏移量的步骤包括：
14、创建样机三维模型，简化所述三维模型并保留其主要特征，得到预备模型；
15、通过旋转参考系法对所述预备模型中处于预设转速时的螺旋桨的气动特性进行数值仿真，得到相应速度流线云图；
16、通过所述速度流线云图拟合得到相邻所述涵道的螺旋桨处于气动干扰时的尾流边界参考曲线，并基于所述尾流边界参考曲线拟合出所述预备模型中第一归一化距离为0.8437时所述螺旋桨的归一化尾迹偏移量与第二归一化距离的第一关系式。
17、优选的，所述得到预备模型的步骤之后，所述方法还包括：
18、将所述预备模型导入有限元网格划分软件中，并改变所述预备模型中相邻所述涵道中螺旋桨的间距后，对所述螺旋桨的尾迹偏移量进行相应数据仿真分析，得到所述第一归一化距离的第二关系式；
19、基于所述第一关系式和所述第二关系式分析并计算所述螺旋桨的尾流边界的偏移量。
20、优选的，所述方法还包括：
21、基于所述螺旋桨建立需要坐标系，其中，以多个所述涵道的所在平面的中心点为原点，以附有最短间距的相邻两个所述涵道的对称轴为x轴，以附有最长间距的相邻两个所述涵道的对称轴为y轴，以垂直于所述涵道的平面的直线为z轴。
22、优选的，所述方法还包括：
23、将不同所述涵道的螺旋桨之间的距离沿所述x轴或所述y轴进行归一化处理，得到第一归一化距离；
24、将所述螺旋桨的尾迹平面到桨盘的距离沿所述z轴进行归一化处理，得到第二归一化距离，所述第二归一化距离为所述螺旋桨的尾迹平面到所述螺旋桨的桨盘的归一化距离。
25、优选的，所述预备模型中当第一归一化距离为0.8437时所述螺旋桨的归一化尾迹偏移量与第二归一化距离的第一关系式如下所示：
26、
27、
28、其中，为所述螺旋桨的内尾迹边界，为所述螺旋桨的外尾迹边界，r为所述螺旋桨的旋翼半径，代表气动干扰下所述螺旋桨的归一化尾迹偏移量，和分别为所述螺旋桨的内尾迹边界与外尾迹边界的偏移常数，和分别为所述螺旋桨的内尾迹边界与外尾迹边界的偏移形状因子，为所述螺旋桨沿z轴的归一化尾迹偏移量，z为以螺旋桨中心为z轴起点。
29、优选的，所述螺旋桨的尾迹偏移量与所述第一归一化距离的第二关系式如下所示：
30、
31、
32、其中，和分别为不同所述螺旋桨的第一归一化距离的指数函数，为相邻所述螺旋桨之间的间距，和分别为内侧尾流边界偏移量与不同旋翼之间的归一化距离拟合时的拟合指数，和分别为外侧尾流边界偏移量与不同旋翼之间的归一化距离拟合时的拟合指数。
33、本发明的有益效果是：通过将螺旋桨的出流口的尾流边界、不同涵道中螺旋桨的间距以及螺旋桨的尾迹平面到螺旋桨的键盘的归一化距离予以关联，计算出螺旋桨的尾流边界的偏移量，然后将该尾流边界的偏移量对带有气动干扰的初始动力学模型进行转化，得到更为精确的样机的目标动力学模型，有效地提升了样机的控制性能，且在高空修复设备、救援及接近复杂紧凑环境下的机动与相关作业等方面有广泛的应用前景。
34、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.一种基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述基于气动干扰建立涵道中螺旋桨的初始动力学模型的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述初始动力学模型的表达式如下所示：
4.根据权利要求1所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述计算出所述螺旋桨的尾流边界的偏移量的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述得到预备模型的步骤之后，所述方法还包括：
6.根据权利要求5所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述方法还包括：
7.根据权利要求6所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求4所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述预备模型中当第一归一化距离为0.8437时所述螺旋桨的归一化尾迹偏移量与第二归一化距离的第一关系式如下所示：
9.根据权利要求5所述的基于相邻涵道中螺旋桨气动干扰的动力学机理建模方法，其特征在于，所述螺旋桨的尾迹偏移量与所述第一归一化距离的第二关系式如下所示：
