基于流场/声爆耦合伴随方程的超声速公务机声爆优化

基于自主研发的大规模并行结构化网格CFD求解器PMB3D以及并行化伴随方程求解器PADJ3D,开展了流场/声爆伴随方程的求解研究。首先采用标准算例,对内部CFD代码PMB3D软件和声爆预测代码进行了声爆计算可信度验证,以及声爆强度对近场声压梯度的校核。针对并行环境下多块对接网格的近场声压提取操作的复杂性,提出了"包围盒"的方法实现并行环境下近场声压装配单元编号、网格块编号以及对应的进程编号确定,基于声爆计算坐标将并行传递的数据进行一维排序,为声爆预测、伴随方程以及梯度求解提供输入条件。通过线性插值雅克比矩阵实现均匀坐标系梯度信息向非均匀坐标转换,并进一步根据结构化网格特征提出了插值原则,简化了近场声压转换雅克比矩阵的变分。通过装配单元记录,实现声爆强度对流场守恒变量的变分结果向各个进程装配,将装配结果作为流场伴随方程的右端项实现流场声爆耦合伴随方程的求解。此外,对小型超声速公务机开展了声爆优化,对比分析了设计前后的声压及其频谱特性。

基于NS/CFIE伴随方程的飞行器气动隐身综合优化

先进气动隐身综合设计技术是实现未来作战飞机高隐身、高机动、宽速域、远航程等技术指标的关键环节,基于跨学科耦合伴随思想,推导了气动隐身“耦合”伴随方程。首先基于Navier-Stokes方程构建流场伴随方程,进一步通过近场矢量乘和远场矢量乘两部分变分处理,以及雷达散射面积的变分,构建了基于多层快速多极子(MLFMA)算法的电磁伴随方程,结合自主研发的XSQP寻优框架与参数化建模技术,构建高可信度气动隐身综合优化技术平台。以某型飞翼布局为研究对象,进行气动隐身一体化测试。测试结果表明,所建立的伴随平台梯度计算精度较高,优化设计效率极高,能够为作战飞机气动隐身一体化设计提供有力的技术支撑。