面向三维机翼性能的超临界翼型优化设计方法

本文考虑超临界机翼的当地后掠角和当地曲率影响,对带梢根比后掠超临界机翼的二维翼型/三维机翼压力分布的修正转换关系进行了验证,基于此理论发展了面向三维机翼性能的翼型优化设计方法(2.75D方法),并由此获得性能良好的超临界机翼外翼段设计.将此方法的优化设计结果与传统二维转三维设计方法(2.5D方法)以及三维机翼直接优化方法(3D方法)进行了对比.结果表明,相对于传统二维转三维方法,本文的2.75D方法针对当地后掠角和当地曲率进行了修正,可以体现梢根比效应,能够使得二维翼型与三维机翼外翼段相应截面的压力分布形态更加吻合,因此更好地反映三维性能,从而在优化设计中获得三维性能更优的机翼;另一方面,与三维优化设计方法相比,采用2.75D方法进行优化则大大提高了优化效率.     

SMA动作器结构变形的主动控制

根据机翼结构变形控制中主动控制的设计思想和形状记忆合金(SMA)弹簧的特性,设计了一种新型的SMA弹簧动作器,将其应用到机翼骨架结构中.利用ADAMS软件对机翼主动控制进行仿真,对驱动位置进行优化设计.仿真结果表明:该设计实现了机翼骨架结构的主动变形控制,减轻了结构的重量,为无人机的主动控制设计提供了一种新的方法.     

充气式机翼的通用设计方法

根据柔性材料的承力特点,以采用翼型的内切圆系尽可能地逼近常规翼型为设计思想,提出了一套可用于对称和非对称翼型的充气式机翼的通用设计方法.以非对称翼型Eppler 398为例,通过编程求解并结合软件绘图,阐述了充气式机翼的设计成型过程,并对根据该设计方法实际加工出的充气式机翼模型进行了抗弯刚度实验.实验结果表明:模型与设计相当吻合,其抗弯刚度随其内部充气压力增大而增大,即只要内部压力足够大,这种充气式机翼完全可以具备很好的抗弯刚度以替代刚性机翼.试验结果验证了该设计方法的可行性,为充气翼飞机的设计奠定了机翼设计的基础.     

考虑结构静气弹变形的连接机翼气动外形优化设计

以一种大展弦比连接翼布局的风洞模型机翼为优化设计例子,利用基于Euler方法的CFD分析软件和线化结构分析的FEM软件,采用CFD-FEM迭代正反设计方法,开展了考虑吹风模型机翼结构静气弹变形的机翼气动外形优化设计.风洞试验结果验证了设计良好效果,在设计点,优化设计的气动外形获得了约10%的升阻比收益.     

考虑大变形的大展弦比机翼气动弹性优化设计

针对大展弦比机翼飞机自身特点,在结构大变形情况下,将弹性力学几何非线性理论引入到大柔性飞行器的气动弹性力学分析中,建立完整的几何非线性气动弹性分析方法框架。该方法主要包含两方面:结构非线性刚度和曲面气动力的计算。结合优化设计,为了提高优化设计效率,针对迭代过程进行有效简化。基于ISIGHT优化平台,发展一种适用于初步设计阶段大展弦比机翼在大变形情况下的气动弹性优化设计方法,有效地避免了结构大变形情况下线性气动弹性分析造成的设计偏差。为了摆脱对初始设计点的依赖,结合局部算法,采用组合优化策略,开展了大展弦比机翼的几何非线性气动弹性优化设计,首先应用蚁群算法定位目标极值在设计空间中所处的区域,再应用直接搜索算法对该区域精确寻优,获得更加准确的设计结果。     

基于响应面法的机翼气动-结构多学科优化设计[DM)〗

应用响应面法进行了弹性机翼的气动-结构多学科优化设计方法研究。以M6机翼为初始机翼,进行了多目标、多约束的气动-结构优化设计,优化后的机翼具有较好的气动-结构综合性能,升阻比增加了9.25%,而重量减轻了4.84%;模型精度满足设计要求。优化结果表明所发展的优化设计方法是成功有效的,具有重要的应用价值。     

基于CATIA与CFD的某机翼型设计研究

根据相关机翼外形优化设计方法,通过CATIA软件、CFD软件,对某机机翼进行设计,经过多轮机翼外形设计、全机数值计算、升阻特性分析、力矩特性分析,在满足飞机基本设计点的情况下,设计结果获得了最佳的全机升阻比。     

组合体无人机单体机翼构型设计与拓扑优化

轻量化是飞行器设计及优化的关键指标,直接影响飞行器的作战效能。该文针对大展弦比组合式无人机中的单体无人机承力结构设计及轻量化设计需求,建立组合体无人机单体机翼框架模型,提出了在气动循环载荷作用和疲劳寿命的约束下,对机翼主要传力构件进行拓扑优化的整体设计优化方法：首先,通过有限元方法分析机翼全工况下气动载荷;其次,在极限载荷循环作用下分析机翼全域的疲劳寿命特性;最后,通过拓扑优化技术对单体机翼承力框架进行体积优化设计,优化后机翼框架减重35%,有效实现了机翼框架的轻量化设计目标。     

基于HyperMesh二次开发的复合材料机翼结构优化设计

针对复合材料飞机机翼结构设计具有设计变量与约束条件多的特点,而使用手工方式建立优化模型不仅耗时费力而且容易出错且不利于机翼结构设计的修改和管理的状况,在飞机总体外形和骨架确定的条件下,给出了一种基于HyperMesh二次开发的飞机复合材料机翼结构优化设计方法,即:使用HyperMesh二次开发语言批量创建属性、优化设计变量、响应与约束,快速建立有限元模型及优化模型,从而提高了建模效率.通过提交optistruct优化计算,得出在该布局条件下机翼结构满足各项约束条件的最优尺寸和质量,最终实现机翼结构质量降低16. 6%,验证了使用HyperMesh二次开发完成飞机复合材料机翼结构优化设计的有效性和实用性.     

发动机冷却液流动与传热的数值模拟

为了提高发动机的冷却效率、降低高温零件的热负荷、实现整机的热量合理分配与利用,针对冷却水套优化设计中存在的冷却液三维流动与传热问题,以直列4缸发动机为研究对象,利用流固耦合的方法确定冷却水套壁面的传热边界条件,采用计算流体动力学软件AVL-FIRE对发动机冷却系统进行三维数值模拟,并对冷却水套内冷却液的流场分布、温度分布、壁面换热系数、各缸冷却均匀性和压力损失进行了分析.在此基础上,为了实现发动机冷却水套三维流场形态的可视化,构建了与实际冷却水套三维尺寸成1:1的水套试验件模型,结合其结构特点讨论了试验件的制备方案,并对模拟工况下试验件的强度与管路系统的压力损失进行了验证计算,从而进一步为冷却水套的优化设计提供了理论与试验依据.