亚、跨音速三维机翼气动外形反设计的控制理论方法

Subsonic and transonic wing inverse design using control theory

本文进行了基于控制论的气动外形反设计方法研究,根据给定的目标函数推导了在物理空间上描述的共轭方程及相应的边界条件,通过构造共轭方程耗散通量项,以及使用特征线理论处理远场边界等措施,研究了共轭方程的数值求解方法,使用Hicks Henne函数来描述设计变量扰动对机翼表面外形的影响,通过网格扰动获得度量矩阵变分来获得目标函数对设计变量的敏感性导数,优化过程使用拟牛顿优化算法,通过对流场计算、共轭方程数值求解、敏感性导数求解和优化算法这四个方面的有效结合,成功地发展出了一种机翼气动外形反设计方法,进行了机翼气动外形反设计研究,结果表明该设计方法在设计理论及可实现性方面,特别在跨音速及复杂外形气动设计方面比以往设计方法具有更好的适用性和优越性,且设计结果较为可靠,在现有计算条件下是一个好的设计方法,时间花费也较少。

Basedoncontroltheory ,thewinginversedesignproblemisstudiedinpresentpa per.Anumericalmethodhasbeendevelopedforsolvingthethreedimensionaladjointequationscor respondingtoEulerequationsinphysicalspace ,andsomemeasureshavebeentaken ,suchasfar fieldconditionsusingcharacteristicstheory ,acceleratingtheconvergenceoftheco statevariables throughtheadditionofcarefullycontrollednumericaldiffusiveterms .ByusingHicks Hennefunc tion ,wingsurfacevariationcausedbyperturbationofdesignvariablesistakenintoaccount.The gradientofobjectivefunctionfordesignvariablescanbeobtainedbyusinggridperturbationmethod , aquasi Newtonalgorithmsisused .Somenumericaltestshavebeenmadefortheinversedesign . Thetestresultsshowthatthepresentmethodiseffectiveandfeasibleinthecaseofbothsubsonic andtransonicwinginversedesign ,andthecomputationaltimeisacceptablebyCFDresearcher.