兩棲飛機(jī)綜合氣動(dòng)性能優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、兩棲飛機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)具有獨(dú)特的挑戰(zhàn),需要滿(mǎn)足水上起飛、陸地起飛和空中巡航性能的綜合最優(yōu)。本文采用基于RANS方法的CFD技術(shù),發(fā)展了一種兩棲飛機(jī)綜合氣動(dòng)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程和方法。文中針對(duì)水上起飛和巡航兩個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn),使用水動(dòng)阻力分解法、RANS方法和響應(yīng)面技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)化方法,針對(duì)機(jī)身斷階位置和深度,以及機(jī)翼平面形狀,完成了兩棲飛機(jī)水上起飛以及空中巡航兩個(gè)狀態(tài)的綜合優(yōu)化。
　　首先,使用Wigley和F6標(biāo)模數(shù)據(jù),對(duì)基于RANS方法的水

2、動(dòng)力以及空氣動(dòng)力數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證。其次,根據(jù)對(duì)兩棲飛機(jī)水上起飛過(guò)程的分析,提出一種適用于滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)精度要求的水動(dòng)力和空氣動(dòng)力解耦分析的方法來(lái)求解兩棲飛機(jī)水上起飛的全過(guò)程,并且基于該方法,對(duì)某型號(hào)兩棲飛機(jī)的水上起飛過(guò)程進(jìn)行了分析計(jì)算。在此基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步提高計(jì)算效率,將基于水動(dòng)阻力分解原理的求解方法創(chuàng)造性地應(yīng)用于兩棲飛機(jī)起飛過(guò)程的數(shù)值模擬中,將單次內(nèi)迭代中水動(dòng)阻力的求解時(shí)間降低了45％左右,并且通過(guò)對(duì)于不同速度范圍內(nèi)的黏壓阻力系

3、數(shù)的不同取值,滿(mǎn)足了對(duì)求解精度的要求。
　　空氣動(dòng)力和水動(dòng)力解耦分析,以及水動(dòng)阻力分解計(jì)算方法為水上飛機(jī)起飛過(guò)程的數(shù)值分析提供一種高精度和高效率的數(shù)值方法,本論文進(jìn)一步將上述計(jì)算方法與響應(yīng)面優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合,對(duì)兩棲飛機(jī)的機(jī)身斷階的位置以及深度兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化目標(biāo)為水上起飛的起飛距離以及巡航態(tài)的升阻比。采用RANS方法求解固定攻角的巡航態(tài)升阻比、阻力分解法求解水上起飛距離。結(jié)果表明:機(jī)身斷階的兩個(gè)參數(shù)與巡航性能是單調(diào)變化關(guān)系,

4、而水上起飛距離最小的最優(yōu)設(shè)計(jì)可以通過(guò)優(yōu)化方法求得。
　　機(jī)翼設(shè)計(jì)對(duì)飛機(jī)起飛和巡航性能都有重要的影響,而機(jī)身斷階參數(shù)與巡航性能之間的單調(diào)關(guān)系使得可以以巡航性能為目標(biāo)函數(shù),對(duì)固定平面形狀拓?fù)湟约拜^強(qiáng)工程約束條件下的機(jī)翼平面形狀以及展向扭轉(zhuǎn)角分布進(jìn)行了巡航阻力以及翼根彎矩雙目標(biāo)的優(yōu)化研究。雙目標(biāo)的Pareto尋優(yōu)采用雙迭代方法完成,展向扭轉(zhuǎn)角的設(shè)計(jì)為整個(gè)迭代求解的內(nèi)迭代,平面形狀優(yōu)化為外迭代,利用DOE方法產(chǎn)生20組的平面形狀參數(shù)的樣本

5、點(diǎn)組合,對(duì)于每一個(gè)平面外形求解最佳的展向扭轉(zhuǎn)角分布,最后得到各個(gè)平面形狀對(duì)應(yīng)的兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的響應(yīng)面結(jié)果,通過(guò)響應(yīng)面產(chǎn)生的兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)的解集可以得到所有設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的Pareto鋒面。該優(yōu)化方法對(duì)于機(jī)翼巡航效率的工程設(shè)計(jì)有一定的意義。
　　本文緊密結(jié)合兩棲飛機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn),針對(duì)飛機(jī)水上起飛和空中巡航兩個(gè)狀態(tài),采用水動(dòng)力和空氣動(dòng)力解耦分析,并應(yīng)用水動(dòng)阻力分解方法,建立了兩棲飛機(jī)氣動(dòng)性能的綜合優(yōu)化框架,對(duì)機(jī)身斷階參數(shù)和較強(qiáng)工程約束條件