面向联结翼总体设计的气动弹性优化

由于前翼和后翼的连接关系,联结翼飞行器气动和结构特性与常规布局飞行器有所不同,相互连接的机翼形成一个复杂的过约束系统,布局参数繁多,多学科设计空间增加,分析困难。为分析不同布局参数对联结翼整体性能的影响,基于工程梁理论,对不同前后翼连接位置、前/后掠角、上/下反角、端板高度、根梢比等参数的联结翼开展气动弹性优化研究,以最小结构质量为目标,在静气动弹性与颤振等条件约束下,通过遗传算法对联结翼梁架结构翼盒剖面参数展开设计,并采用高精度计算流体力学/计算固体力学(CFD/CSD)耦合方法分析优化后的模型升阻特性。通过气动弹性优化,分别得到最佳结构性能和最佳气动性能的联结翼布局参数,结果表明:这种针对联结翼每个重要参数的最优解集可发现联结翼设计的规律,并为设计提供支撑。

基于响应面法的联结翼气动设计及优化

联结翼布局与常规布局相比具有结构重量轻、诱导阻力小、升力系数大、稳定性良好的特点。本文选取5个对联结翼布局影响明显的设计变量,利用数值模拟的方法研究不同设计变量对联结翼气动特性的影响。同时,应用了旨在提高优化计算效率的响应面方法。在优化设计中采用模拟退火算法对目标函数进行优化求解。研究结果表明,在机翼面积不变的情况下,增大前、后翼弦向距离以及两翼间的翼隔,采用V型翼差角布局方式,能有效降低两翼间的相互干扰,增大升阻比。

CFD方法在联结翼飞机方案设计中的应用

针对计算流体力学 (CFD)软件在联结翼气动布局设计中应用的问题 ,研究如何快速、自动地生成 CFD软件所需的输入数据的方法。实现这一方法的要点有 :(1 )建立一个合理的联结翼飞机外形的参数化几何模型 ;(2 )基于这组参数 ,开发出能自动地生成 CFD软件 (MGAERO)所需输入数据文件的程序。计算实例表明 ,应用本文所提出的方法 ,可快速地对各种联结翼飞机方案进行气动特性分析 ,从而大大缩短了飞机方案设计中气动分析的时间。

联结翼飞机主要布局参数对全机升阻特性影响研究

联结翼飞机具有重量轻、刚度大、诱导阻力低等优势。采用涡格法,研究联结翼主要布局参数(前翼后掠角、前后翼展向连接点位置、前后翼垂直方向高度差)的变化对升力系数、阻力系数和最大升阻比的影响。所得计算结果对联结翼飞机气动布局参数的确定具有参考价值。

基于工程梁理论的联结翼结构重量特性

基于工程梁理论建立了联结翼结构重量特性分析模型,给出了联结翼结构详细的内力解答,研究了联结翼布局参数(包括掠角、反角、端板高度、载荷比)对于结构重量的影响。研究结果表明:联结翼布局的内力在前、后翼间重新分配,从而提高了结构效率。研究结果对联结翼结构设计具有一定指导意义。

联结翼布局气动/结构/隐身一体化设计方法

从联结翼多学科优化要求出发,重点对并行子空间设计算法进行了改进。采用Pareto遗传算法作为系统级搜索策略,结构子学科优化则采用模拟退火算法。并在此基础上应用了旨在提高优化计算效率的响应面方法。实现了基于改进型并行子空间设计算法对气动、结构及隐身多目标函数间的折中与优化。

一种联结翼布局气动特性的求解模型

联结翼布局与常规布局相比具有结构重量轻、诱导阻力小、升力系数大和稳定性良好的特点。从升力线理论出发,引入普朗特对干扰因子的假设,推导出适合于平列式联结翼布局的气动求解模型,并给出了干扰因子的取值范围。该模型保持了工程估算方法所具有的简单、快捷的优势,与计算流体力学(CFD)计算结果的对比显示,模型具有较好的精度。研究结果表明,在机翼面积不变的情况下,增大前翼展弦比、展长比及翼隔可有效降低总诱导阻力,与单翼布局相比诱导阻力最大可降低28%。