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可变弯度翼身融合布局气动特性分析与设计 被引量:1
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作者 王雨桐 蓝庆生 +2 位作者 周铸 杨体浩 宋超 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1292-1307,共16页
变弯度机翼在提高常规布局客机气动特性方面有较大的潜力,但也会引起全机俯仰力矩变化,考虑翼身融合布局飞行器力臂短、配平阻力较大的特点,研究变弯度技术在翼身融合布局飞行器上的减阻收益与配平惩罚。从工程实际出发,采用基于舵面偏... 变弯度机翼在提高常规布局客机气动特性方面有较大的潜力,但也会引起全机俯仰力矩变化,考虑翼身融合布局飞行器力臂短、配平阻力较大的特点,研究变弯度技术在翼身融合布局飞行器上的减阻收益与配平惩罚。从工程实际出发,采用基于舵面偏转的方式实现后缘变弯度并对比分析不同展向位置处舵面的配平能力;然后利用全局优化方法开展变弯度气动减阻优化设计;最后对变弯度设计空间进行探索。结果表明:随着升力系数的改变,产生配平阻力最小的舵面位置也会发生变化。当不考虑俯仰力矩配平约束时,采用变弯度技术至多可以获得4.62%的减阻收益;在考虑俯仰力矩配平约束后,相比于采用中央体后缘舵面配平,采用变弯度技术至少能够减小2.4×10^(-4)的配平损失。不同升力系数下,变弯度的舵面偏转组合方式存在明显差异,小升力系数下,多个舵面负偏的变弯度组合有利于减阻并增加抬头力矩;而大升力系数下则是通过多个舵面正偏的组合实现减阻,但会导致低头力矩增加。基于多舵面组合偏转的变弯度减阻收益与力矩惩罚评估,能为工程上设计可变弯度翼身融合布局飞行器提供参考。 展开更多
关键词 翼身融合 后缘变弯度 气动特性 优化设计 代理模型
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基于能量观点的混合层流优化设计 被引量:8
2
作者 史亚云 郭斌 +3 位作者 刘倩 白俊强 杨体浩 卢磊 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1162-1174,共13页
为了合理地在混合层流设计中减小阻力,降低能量消耗,利用吸气控制功率消耗与阻力、吸气速度的关系式,建立了考虑以吸气功率最小为优化目标的优化设计方法。该优化设计方法采用了自由变形(FFD)参数化方法,紧支型的径向基函数(RBF)动网格... 为了合理地在混合层流设计中减小阻力,降低能量消耗,利用吸气控制功率消耗与阻力、吸气速度的关系式,建立了考虑以吸气功率最小为优化目标的优化设计方法。该优化设计方法采用了自由变形(FFD)参数化方法,紧支型的径向基函数(RBF)动网格技术,改进的微分进化(DE)算法,以及耦合基于eN转捩预测的RANS流场高精度求解器。针对25°后掠角的跨声速无限展长后掠翼,进行了以阻力最小为优化目标的均匀吸气和以功率消耗最小为优化目标的分布式吸气的混合层流优化设计。优化结果表明,基于能量观点的优化结果在雷诺数10×10~6下可以达到均匀吸气的阻力收益,相比初始构型,阻力降低了29. 1%,上下翼面转捩位置分别推迟了18%和15%弦长,功耗降低了1. 7%;而在雷诺数20×10~6状态下,相比初始构型,阻力减小了41. 3%,比均匀吸气阻力优化结果提高了4. 5%,上下翼面转捩位置分别推迟了52%和14%弦长,功耗降低了8. 14%。优化结果表明,建立的基于能量观点的混合层流优化方法是可行的。 展开更多
关键词 气动优化设计 层流转捩 主动控制 混合层流控制(HLFC) 能量消耗
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飞行器圆柱类部件的气动外形参数化方法 被引量:1
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作者 何小龙 白俊强 +2 位作者 李立 杨体浩 张煜 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1027-1036,共10页
通过增加坐标转换步骤和虚拟框策略,得到适用于圆柱形物体的cylindrical free-form deformation(CYFFD)参数化方法,既可用于轴对称物体,也可以用于非轴对称物体。CYFFD可捕捉圆柱类物体独特的周向和径向变形特点,并能够保证框边界处曲... 通过增加坐标转换步骤和虚拟框策略,得到适用于圆柱形物体的cylindrical free-form deformation(CYFFD)参数化方法,既可用于轴对称物体,也可以用于非轴对称物体。CYFFD可捕捉圆柱类物体独特的周向和径向变形特点,并能够保证框边界处曲面的导数和曲率连续。首先,通过使用坐标转换方法可在圆柱坐标系下实现沿周向和径向的变形。其次,由于圆柱形物体的精细外形设计需要,需要布置为首尾相连的贴近物面的控制框,这种布置形式会导致在圆柱周向出现框的边界与曲面的相交,难以保持曲面在控制框边界处的导数连续性,因此引入虚拟框方法并选取一些控制点作为虚拟的控制框点,从而保持导数和曲率连续。使用圆柱外形示例对比了CYFFD和传统方法的变形能力、框边界处的曲率连续特性。机身头部参数化示例表明CYFFD可以和传统FFD协同使用从而实现复杂的变形目的。短舱变形示例和外形拟合示例表明CYFFD可以用于复杂非轴对称圆柱曲面。圆柱头部优化算例表明CYFFD用于优化设计能够得到良好的优化结果,将之用于圆柱类外形的参数化和优化设计中具有实用价值。 展开更多
关键词 气动优化设计 参数化 自由型面变形 圆柱自由型面变形 发动机短舱 高铁
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自然层流翼套气动力测量飞行试验技术研究
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作者 钟海 钟敏 +1 位作者 杨体浩 牛中国 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2023年第2期71-78,共8页
针对层流翼型设计验证需求,以翼套形式开展飞行条件下的气动力测量技术研究。通过关键参数确定、试验机选取和测量方法筛选等试验设计,并实施测量方法优化和试飞方法确定,形成自然层流翼套气动力测量飞行试验技术。通过飞行试验对某型... 针对层流翼型设计验证需求,以翼套形式开展飞行条件下的气动力测量技术研究。通过关键参数确定、试验机选取和测量方法筛选等试验设计,并实施测量方法优化和试飞方法确定,形成自然层流翼套气动力测量飞行试验技术。通过飞行试验对某型自然层流翼套进行了边界层转捩位置、压力分布和翼型阻力测量,对该技术进行了验证。试验结果表明,该技术使用可靠,可为后续层流飞行试验提供参考。 展开更多
关键词 气动力测量 飞行试验 自然层流 翼套
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基于多项式混沌法的翼型不确定性分析及梯度优化设计
5
作者 陈艺夫 马宇航 +4 位作者 蓝庆生 孙卫平 史亚云 杨体浩 白俊强 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期67-88,共22页
耦合伴随方法和非嵌入式多项式混沌法,发展了高效、可靠的不确定性梯度优化设计方法。利用伴随方程法求解目标函数对不确定性变量的导数,发展了一种梯度增强型多项式混沌法。通过亚声速和跨声速下等多种算例可以证明该方法可以提高不确... 耦合伴随方法和非嵌入式多项式混沌法,发展了高效、可靠的不确定性梯度优化设计方法。利用伴随方程法求解目标函数对不确定性变量的导数,发展了一种梯度增强型多项式混沌法。通过亚声速和跨声速下等多种算例可以证明该方法可以提高不确定性分析的效率和精度。同时,利用基于方差分解的全局敏感性分析方法对不确定性变量的敏感性进行了量化。建立了多项式混沌耦合伴随方程的统计矩梯度求解方法,并结合梯度增强型多项式混沌法搭建不确定性梯度优化设计系统。基于该优化设计系统对二维低亚声速和跨声速翼型开展确定性及不确定性优化设计研究。优化结果显示,相比于确定性优化设计,不确定性优化设计通过合理权衡确定性性能和不确定性性能,可提高抵抗马赫数和迎角不确定性扰动的能力,同时优化性能均值和标准差。其中阻力系数均值最大可降低17%,阻力系数标准差最大可降低80%。而确定性优化设计可能导致性能鲁棒性的降低。 展开更多
关键词 多项式混沌法 伴随方程 不确定性分析 梯度优化设计 翼型
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基于伴随理论的大型客机气动优化设计研究进展 被引量:16
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作者 白俊强 雷锐午 +3 位作者 杨体浩 汪辉 何小龙 邱亚松 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期98-115,共18页
大型民用客机的气动设计具有巡航马赫数高、部件间流动干扰复杂、外形精细化修形难度大等特点,完全依靠人工试凑法进行气动设计工作量巨大。基于高可信度数值模拟的优化设计技术可以对该类问题进行自动寻优设计,给设计师提供有力参考,... 大型民用客机的气动设计具有巡航马赫数高、部件间流动干扰复杂、外形精细化修形难度大等特点,完全依靠人工试凑法进行气动设计工作量巨大。基于高可信度数值模拟的优化设计技术可以对该类问题进行自动寻优设计,给设计师提供有力参考,因此在大型民用客机气动设计中发挥着越来越显著的作用。首先,以大型民用客机为背景,总结了民机气动设计中的关键科学问题,指出了梯度优化设计方法在民用客机不同优化设计问题中的适用性,并进一步对梯度求解中的伴随方法理论进行了详细介绍。然后,分析了基于伴随理论的气动优化设计方法以及气动结构多学科优化设计方法在民用客机设计中的研究进展,其中气动优化设计方面着重突出了复杂全机多部件气动外形优化设计方法以及飞机/发动机一体化优化设计方法。最后,对基于伴随理论的气动优化设计方法在大型民机中的应用进展进行了提炼,对未来发展趋势进行了展望与建议。 展开更多
关键词 大型民用客机 伴随理论 全机多部件气动优化 飞机/发动机一体化优化 气动结构优化
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适用于非周期流固耦合问题的时间谱方法 被引量:3
7
作者 杨体浩 白俊强 +1 位作者 史亚云 杨一雄 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1-13,共13页
针对非定常流固耦合设计、分析问题所面临的计算效率与精度、鲁棒性之间的矛盾,采取将Chebyshev谱方法与基于非定常面元和几何非线性梁有限元模型的流固耦合分析方法相结合的方式,建立了针对大展弦比机翼非定常流固耦合优化设计问题的,... 针对非定常流固耦合设计、分析问题所面临的计算效率与精度、鲁棒性之间的矛盾,采取将Chebyshev谱方法与基于非定常面元和几何非线性梁有限元模型的流固耦合分析方法相结合的方式,建立了针对大展弦比机翼非定常流固耦合优化设计问题的,可与伴随方法相结合的时间谱方法。Chebyshev谱方法直接对流固耦合的控制方程进行处理,利用Chebyshev算子替换系统状态变量,将非定常问题转化为Chebyshev控制点处耦合的定常问题。通过这种方式建立的流固耦合时间谱方法具有较高的计算精度、效率和足够的鲁棒性。验证算例及Goland机翼颤振速度计算实例表明,Chebyshev谱方法的计算精度随着Chebyshev控制点个数的增加而不断增大。只需选取较少的控制点,Chebyshev谱方法便可以达到满足精度要求的计算结果。与此同时,建立的流固耦合时间谱方法不仅适用于周期性非定常问题还适用于非周期性非定常问题。 展开更多
关键词 时间谱方法 CHEBYSHEV 优化设计 气动弹性 非定常 非周期 几何非线性
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基于后缘襟翼偏转的大型客机变弯度技术减阻收益 被引量:6
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作者 何萌 杨体浩 +1 位作者 白俊强 杨一雄 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期159-174,共16页
为了满足工程实际约束,针对宽体客机内外襟翼位置与偏角卡位进行了机翼后缘变弯度减阻收益研究。使用雷诺-平均Navier-Stokes(RANS)方程对襟翼不同后缘偏角采用遍历的方式进行了气动力评估,得到后缘襟翼最佳偏角;探究了变弯度技术在非... 为了满足工程实际约束,针对宽体客机内外襟翼位置与偏角卡位进行了机翼后缘变弯度减阻收益研究。使用雷诺-平均Navier-Stokes(RANS)方程对襟翼不同后缘偏角采用遍历的方式进行了气动力评估,得到后缘襟翼最佳偏角;探究了变弯度技术在非设计点的减阻收益,以及变弯度技术对宽体客机阻力发散和抖振边界设计要求的拓展能力,进一步采用远场阻力分解方法探究了设计结果的减阻机理。结果表明,在变马赫数的非设计点,考虑俯仰力矩系数配平之前,阻力能获得一些收益,但考虑俯仰力矩系数配平后,变弯度后的阻力系数不减反增;当升力系数发生变化时,变弯度在考虑俯仰力矩配平的情况下,均能取得一定的收益;变弯度技术也减缓了抖振点激波诱导分离的趋势,对抖振特性有较好的改善作用。基于后缘襟翼偏转的变弯度减阻收益评估和机理分析,能为宽体客机机翼变弯度设计提供参考。 展开更多
关键词 大型客机设计 后缘变弯度 力矩配平 阻力发散 抖振
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基于离散伴随的层流翼优化设计方法 被引量:1
9
作者 杨体浩 王一雯 +2 位作者 王雨桐 史亚云 周铸 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期230-249,共20页
层流技术是未来发展绿色航空的核心技术,可处理大规模设计变量的高效、鲁棒的优化设计方法是推动层流技术工程应用转化的关键环节之一。基于高可信度RANS求解器,结合准三维层流边界层方程、Drela-Giles和C1准则,建立了可同时捕捉Tollmie... 层流技术是未来发展绿色航空的核心技术,可处理大规模设计变量的高效、鲁棒的优化设计方法是推动层流技术工程应用转化的关键环节之一。基于高可信度RANS求解器,结合准三维层流边界层方程、Drela-Giles和C1准则,建立了可同时捕捉Tollmien-Schlichting(TS)和Crossflow(CF)不稳定性的转捩预测方法,与典型风洞和飞行试验对比,验证了该方法的可靠性。通过严格物面插值、获得准确的间歇因子函数以剔除气动力计算引入的数值噪声,精确推导了考虑转捩的耦合伴随方程,并结合无矩阵存储技术、链式求导法则、反向混合自动微分及Coupled Krylov(CK)算法发展了耦合伴随方程高效求解方法,最终建立了基于离散伴随的层流翼梯度优化设计方法。针对典型客机翼身组合体构型的气动优化显著推迟了转捩,获得了10.48%的减阻收益。优化结果表明,建立的层流翼梯度优化方法能够有效处理多种转捩机制并存的复杂三维层流翼优化问题。 展开更多
关键词 离散伴随 层流转捩 减阻 梯度优化 流向转捩 横流转捩
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Numerical analysis and optimization of boundary layer suction on airfoils 被引量:12
10
作者 Shi Yayun Bai Junqiang +1 位作者 Hua Jun yang tihao 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期357-367,共11页
Numerical approach of hybrid laminar flow control (HLFC) is investigated for the suc- tion hole with a width between 0.5 mm and 7 mm. The accuracy of Menter and Langtry's transition model applied for simulating the... Numerical approach of hybrid laminar flow control (HLFC) is investigated for the suc- tion hole with a width between 0.5 mm and 7 mm. The accuracy of Menter and Langtry's transition model applied for simulating the flow with boundary layer suction is validated. The experiment data are compared with the computational results. The solutions show that this transition model can pre- dict the transition position with suction control accurately. A well designed laminar airfoil is selected in the present research. For suction control with a single hole, the physical mechanism of suction control, including the impact of suction coefficient and the width and position of the suc- tion hole on control results, is analyzed. The single hole simulation results indicate that it is favor- able for transition delay and drag reduction to increase the suction coefficient and set the hole position closer to the trailing edge properly. The modified radial basis function (RBF) neural net- work and the modified differential evolution algorithm are used to optimize the design for suction control with three holes. The design variables are suction coefficient, hole width, hole position and hole spacing. The optimization target is to obtain the minimum drag coefficient. After optimization, the transition delay can be up to 17% and the aerodynamic drag coefficient can decrease by 12.1%. 展开更多
关键词 Active control Hybrid laminar flow control(HLFC) Neural network Optimization Radial basis function (RBF)Transition prediction
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喷气式客机层流翼气动设计综述
11
作者 杨体浩 白俊强 +3 位作者 段卓毅 史亚云 邓一菊 周铸 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期18-54,共37页
层流技术是未来发展“绿色航空”的核心技术,巨大的减阻潜力使其成为航空领域内的研究热点。从喷气式客机具有的流动物理特征和转捩现象本质出发,阐述了自然层流(NLF)和混合层流(HLFC)技术的实现原理和适用范围,综述了国际上NLF/HLFC技... 层流技术是未来发展“绿色航空”的核心技术,巨大的减阻潜力使其成为航空领域内的研究热点。从喷气式客机具有的流动物理特征和转捩现象本质出发,阐述了自然层流(NLF)和混合层流(HLFC)技术的实现原理和适用范围,综述了国际上NLF/HLFC技术的研究现状及发展趋势。围绕基于CFD的层流翼设计技术前沿问题,从面向工程应用的转捩预测方法、非梯度类优化、梯度优化以及不确定性分析和鲁棒优化多个层面,系统论述了层流翼设计方法的研究现状和最新进展。同时,讨论了层流翼气动设计与全湍流气动设计问题的异同点,梳理了NLF和HLFC机翼气动设计理论。最后,顺应喷气式客机技术发展趋势,总结了层流设计技术面临的问题,给出了层流翼气动优化设计技术的未来发展方向和建议。 展开更多
关键词 减阻 优化设计 自然层流 混合层流 计算流体力学
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混合层流机翼气动设计与综合收益影响
12
作者 姜丽红 饶寒月 +3 位作者 兰夏毓 杨体浩 耿建中 白俊强 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期303-322,共20页
揭示混合层流控制(HLFC)作用下超临界机翼气动设计原理及综合收益变化规律,是开展HLFC超临界机翼设计的关键。针对具有中等后掠角的大展弦比机翼,借助耦合RANS求解器与eN的转捩预测方法,分别基于传统超临界机翼及自然层流(NLF)超临界机... 揭示混合层流控制(HLFC)作用下超临界机翼气动设计原理及综合收益变化规律,是开展HLFC超临界机翼设计的关键。针对具有中等后掠角的大展弦比机翼,借助耦合RANS求解器与eN的转捩预测方法,分别基于传统超临界机翼及自然层流(NLF)超临界机翼典型设计升力系数,开展HLFC机翼气动鲁棒设计。设计升力系数为0.53和0.46时分别获得10.06%和9.6%的减阻收益。HLFC机翼具有比NLF超临界机翼更大的适用设计升力系数。吸气控制强度沿展向方向随当地雷诺数的减小呈递减趋势,在弦向方向呈现类“凹”字形的分布特征。针对中短程客机的HLFC综合收益分析表明,降低吸气控制系统的重量惩罚,以一定吸气功率代价,提高巡航升阻比,可显著提高HLFC超临界机翼的效能。 展开更多
关键词 混合层流控制(HLFC) 超临界机翼 转捩预测 优化设计 减阻
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自然层流飞行测试翼套的仿真和试验
13
作者 王浩 钟敏 +4 位作者 华俊 钟海 杨体浩 王猛 雷国东 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期276-286,共11页
绿色航空的发展逐步受到重视,通过扩大层流区域进行减阻是实现节能减排的一个重要途径。采用考虑转捩判定的数值模拟方法对某自然层流翼套的风洞和飞行试验进行了仿真分析。数值仿真与风洞试验的压力系数分布一致性较好,在常压时仿真和... 绿色航空的发展逐步受到重视,通过扩大层流区域进行减阻是实现节能减排的一个重要途径。采用考虑转捩判定的数值模拟方法对某自然层流翼套的风洞和飞行试验进行了仿真分析。数值仿真与风洞试验的压力系数分布一致性较好,在常压时仿真和风洞试验中转捩位置随攻角的变化规律基本一致。相较于机头处静压和机身最大截面处静压,采用大气数据系统测量的飞行高度换算的静压作为参考压力时,飞行试验获得的压力系数分布与仿真结果一致性更好;在设计状态和典型非设计状态数值仿真得到的翼套转捩位置与飞行试验结果十分吻合;采用动量法计算翼套截面阻力系数,数值仿真和飞行试验得到的自然层流减阻量差距在0.0002以内。 展开更多
关键词 自然层流 机翼翼套 数值仿真 风洞试验 飞行试验
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面向飞行试验的混合层流机翼优化设计 被引量:1
14
作者 赵彦 段卓毅 +2 位作者 丁兴志 杨体浩 王猛 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期149-162,共14页
层流减阻技术可大幅减小飞机摩阻,具有重要的应用前景。层流验证机是专为验证层流机翼设计技术研制的一型飞行试验平台,其中混合层流试验段主要用来验证前缘抽吸气对转捩位置的推迟效果。针对混合层流飞行试验首先开展了混合层流试验段... 层流减阻技术可大幅减小飞机摩阻,具有重要的应用前景。层流验证机是专为验证层流机翼设计技术研制的一型飞行试验平台,其中混合层流试验段主要用来验证前缘抽吸气对转捩位置的推迟效果。针对混合层流飞行试验首先开展了混合层流试验段设计约束分析和初步方案设计,随后开展了机翼和吊舱、挂架外形的高速气动优化设计。然后在此基础上,研究了不同吸气分布对吸气功率、流量和转捩推迟效果的影响,确定了最佳分布。最后通过风洞试验研究了最终优化构型的转捩特性。研究结果表明:优化后的混合层流试验段具有良好的高速气动特性,同时在设计点能验证前缘抽吸气对横流不稳定性的转捩抑制效果;折中吸气分布能保证吸气区大部分区域的吸气效果,并能降低吸气功率和流量。所得研究结果对混合层流机翼外形、吸气策略优化设计具有借鉴意义。 展开更多
关键词 混合层流 机翼优化 吸气分布 转捩 风洞试验
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自然层流翼套方案设计及飞行测试验证
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作者 钟敏 华俊 +2 位作者 王浩 杨体浩 钟海 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2022年第5期80-88,共9页
为了提高层流机翼设计和测试的技术成熟度,开展了全尺寸验证机层流翼套的气动设计和飞行试验。将可以预测常见的T-S波和C-F波诱导转捩的e^(N)方法与RANS方法耦合,建立考虑转捩位置的数值模拟方法,基于翼套设计方案开展翼套设计和单侧翼... 为了提高层流机翼设计和测试的技术成熟度,开展了全尺寸验证机层流翼套的气动设计和飞行试验。将可以预测常见的T-S波和C-F波诱导转捩的e^(N)方法与RANS方法耦合,建立考虑转捩位置的数值模拟方法,基于翼套设计方案开展翼套设计和单侧翼套飞行验证机起降状态失速特性及横航向稳定性分析,以及不同飞行状态下转捩位置及影响规律研究。单侧机翼加装翼套后,自然层流验证机失速迎角减小约1.5°,俯仰力矩系数增加约0.01,力矩斜率基本不变。数值仿真结果与飞行试验结果对比分析表明两者压力分布重合良好,设计状态下层流区长度均大于45%当地弦长。通过飞行测试红外图像及压力分布研究转捩影响规律显示:相同马赫数下,随着迎角的增加,顺压梯度和层流区逐渐减小;相同高度下,随着马赫数的增加,顺压梯度和层流区逐渐增加。 展开更多
关键词 自然层流 翼套 转捩 数值仿真 飞行测试
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