基于CST参数化的导弹三维几何建模方法

针对建模效率低、成本高的问题,本文在二维CST参数化方法的基础上,引入纵向轮廓描述函数,将原二维建模向三维建模扩展,建立能够准确描述导弹三维形状特征的解析函数。在此基础上,通过在VB环境中对CATIA进行二次开发,使其能够在CATIA中进行自动生成、修补和更新。几何模型可以被导出和保存,并作为多学科设计与分析的基础。结果表明,本文提出的三维CST建模技术可以满足复杂几何建模的要求,有效简化了导弹参数化过程。

基于CST参数化方法的翼型气动优化设计

翼型参数化方法的优劣对最终优化设计结果有着非常重要的影响,它是决定优化设计效率和最终优化效果的关键因素。针对翼型外形的不同表达方式(分为翼型直接CST、扰动CST和中弧线叠加厚度分布CST等),分别发展了相应的CST参数化程序,并将其应用于翼型气动优化设计,研究几种不同参数化方式的优化结果和优化效率。RAE2822翼型单目标减阻优化设计的研究表明,基于CST的三种参数化方法和基于Hicks-Henne函数的参数化方法的减阻效果相当,但计算时间相差很大。在设计变量数相当的情况下,扰动CST方法和中弧线叠加厚度分布CST方法的设计效率高于直接CST参数化方法和Hicks-Henne参数化方法而中弧线叠加厚度分布CST的优化效率略高于扰动CST。DU93-w-210翼型单目标最大升阻比优化设计的研究进一步说明中弧线叠加厚度分布CST的优化效率略高于扰动CST。

基于多岛遗传算法的翼型多目标优化设计

[目的]针对大型水平轴水轮机叶片运行工况复杂的问题,提出一种多目标优化算法。[方法]基于多岛遗传算法建立翼型优化模型,采用类形函数变换(CST)法对翼型进行参数化拟合,整个优化过程集成于Isight平台,实现自动优化。[结果]采用上述方法,选用NACA 63813/63815/63816翼型作为初始翼型进行多目标优化,利用Fluent转捩模型对得到的翼型进行CFD数值验证,选择翼型攻角5°时的升阻比、升力等为优化目标参数,得到优化后的翼型升力系数分别增大了14%,15%,20%,升阻比分别增大了14%,16%,28%。[结论]数值验证结果表明,优化后的翼型在多个工况点下的升阻比均高于同厚度原始翼型,在具有良好的水动力动性能的同时还提高了叶片的结构强度,相比于传统的翼型更适用于大型潮流能水平轴水轮机。

基于CST的三维机翼气动结构解析参数化建模与优化方法

针对概念设计阶段机翼设计需要大范围探索设计空间并进行气动结构一体化设计的需求,提出一种基于类别/形状变换函数(class-shape function transformation,CST)的三维机翼气动结构解析参数化建模与优化方法。在二维CST基础上,推导三维CST参数化几何模型的解析函数形式,通过网格自适应离散与结构特征提取技术建立了三维机翼的气动和结构解析参数化模型,能够同时支持包括机翼几何构型、结构布局、结构尺寸、材料属性等参数的气动结构一体化快速建模与优化求解,具备几何模型大范围参数化以及气动、结构模型的建模过程自动化能力。采用该方法对某大展弦比机翼开展气动结构一体化优化设计,对比固定结构布局优化方案,优化结果梁由2个减至1个,翼肋由20个减至15个,质量相比减少26.1%。

二元可变后缘翼型的鲁棒优化设计

为了改善二元可变后缘翼型在外界条件变化时的气动稳定性,提出了一种考虑不确定性的鲁棒性优化方法.在类别形状函数变换(CST)方法的基础上,建立了二元可变后缘翼型的参数化模型.探讨了确定性优化方法与鲁棒性优化方法的区别.充分考虑翼型几何形状和来流马赫数的不确定性,进行了最大化升阻比均值、最小化升阻比标准差的鲁棒优化设计.对于优化后的可变后缘翼型,计算了变形所需的驱动能.结果表明:鲁棒性优化方法在提升翼型气动性能的同时降低了该性能对来流马赫数的敏感度,鲁棒性优化翼型所需的驱动能有所减少.

曲率连续的非轴对称短舱气动型面参数化设计方法研究

为了进一步提高短舱内外流的气动性能,基于类别形状函数方法建立了曲率连续的非轴对称短舱气动型面参数化设计方法。为评价所建立的短舱气动型面设计方法的适用性,从曲率半径分布、关键工况下的流动特性和气动性能三个方面对使用所建立的方法和基于圆锥曲线方法设计的超大涵道比短舱进行了对比研究。结果表明:与基于圆锥曲线方法设计的短舱相比,所建立的方法设计的短舱不存在轴向曲率半径波动。由于消除了曲率波动引起的短舱壁面附近局部过度加速形成的高速低压区,在马赫数为0.8的巡航条件下外罩壁面局部阻力降低了4.5%;在马赫数为0.82的飞行工况下,外罩壁面局部阻力降低了5.5%。进气道气动型面设计方法的改进,使得大攻角爬升条件下进气道总压恢复系数提高了0.41%,稳态周向总压畸变指数减小了8.82%。

基于数值计算方法的翼型参数化、建模与优化研究（英文）

目的:1.比较并改善翼型参数化方法,获得设计变量少、拟合精度高的参数化方法;2.在参数化的基础上利用数值模拟的方法获取翼型流场参数,优化并获得特定条件下升阻比最大的翼型。创新点:1.通过与多项式拟合方法的对比证明了类别/形状函数转换(CST)法在翼型拟合方面的优越性,并通过调整控制点分布,在不增加设计变量的基础上改善了CST方法;2.通过建立响应面模型,利用多岛遗传算法与非线性序列二次规划法相结合的方式获得了更好的翼型优化效果。方法:1.利用修饰后的CST法对翼型进行参数化拟合与设计,并通过与二项式拟合法比较来验证其优越性;2.通过数值方法对翼型周围流场进行计算并与实验结果对比,获得精确计算气动参数的仿真条件;3.通过拉丁超立方采样获得设计变量,建立设计变量与翼型升阻比之间的响应面模型,通过多岛遗传算法与非线性序列二次规划法的结合和优化,得到一定条件下升阻比最大的翼型。结论:1.CST法是一种优秀的参数化方法,本文的优化改善了形状函数控制点选取法则,使其对翼型头部和尾部的描述更加精确;与多项式相比,CST法可以通过更少的设计变量得到更高的拟合精度。2.基于多岛遗传算法的非线性序列二次规划法在本文中用以优化翼型使其具有更高升阻比。优化前后翼型的比较显示,两种优化方法的结合可以得到比单独使用各优化方法更好的结果。