基于自由变形技术的Ahmed模型气动减阻优化

针对目前汽车气动减阻中基于工程师经验的试凑法所存在的盲目性和低效率,以及气动优化设计中车身曲面难于参数化等问题,将自由变形方法引入汽车气动减阻优化设计中,为减阻优化设计提供一种快速、有效的参数化方法.文中以外形简单的Ahmed模型为研究对象,根据正交试验设计构建样本空间,采用FFD方法对各样本点模型进行参数化,通过CFD仿真获得各样本的气动阻力系数;建立3种常用的近似模型,选择可信度最高的RBF模型构建近似模型,采用多岛遗传算法求解近似模型的最优值,根据优化结果重新构建最优模型并采用CFD计算其气动阻力系数.计算结果显示优化后的Ahmed模型气动阻力系数减少了51.96%.      

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.     

民用飞机翼根整流罩结构密封优化设计研究

飞机飞行时,机身与机翼之间会产生复杂的相互干扰,给飞机气动特性带来不利影响。为避免此干扰对飞机主结构带来危害,现代飞机设计中普遍是通过增加翼身整流罩来解决问题。因此,翼身整流罩结构的细节设计就尤为重要,本文通过对现役机型翼根整流罩设计实例的分析研究,提出对此类结构细节设计中密封件优化设计的建议,使得翼身整流罩在达到翼根处整流的气动设计目标的同时避免结构受到破坏。     

基于网格计算的飞机气动与隐身综合优化设计

针对飞机气动与隐身综合优化设计优化提出一种遗传算法计算模型.在此模型基础上,基于网格技术将分布的计算资源整合为高性能计算环境,以网格服务方式提供统一的资源服务和可视化的用户使用环境,实现多目标优化设计网格,解决飞机设计中遇到的气动与隐身综合综合优化问题.首先对系统体系结构以及多目标遗传算法做出较详细的描述,然后以飞机气动与隐身综合优化设计为例进行计算.结果证明,该系统大大缩短了计算时间,具有良好的并行加速效果,系统优化参数结果满意度很好.     

基于熵产方法的跨音速翼型减阻优化设计

将熵产方法引入跨音速翼型气动优化设计中,采用涡黏性模型对翼型流场熵产进行计算,进而阐述熵产对翼型阻力的影响.通过类别形状函数(CST)方法和径向基函数(RBFs)网格变形方法完成翼型参数化建模与网格变形,并将改进的NSGA2多目标遗传算法与CFD计算耦合起来实现了翼型自动优化设计,用此方法进行了跨音速翼型的气动优化设计,目标函数为来流马赫数为0.73、攻角为2.54°时升阻比最大,熵产最小.设计结果表明:优化方法在小种群下有很好的全局收敛性,得到的非支配解集分布均匀,质量较高.与参考翼型相比,优化翼型通过降低流场熵产,有效地减少了翼型阻力,大幅度提高了翼型升阻比,消除或减弱了翼型上表面激波,有效提高了翼型的气动性能.     

特殊布局无人机多目标气动外形优化设计

从无人机外形设计的总体、气动设计要求出发,根据多目标优化的基本概念,将Pareto方法与遗传优化搜索相结合,并采用了群体排序、基于共享机制的小生境等技术,使解集具有良好分布特性。在此基础上建立了一套可满足无人机气动外形综合优化设计优化模型和优化方法。针对无人机外形优化设计要求,提出了复杂外形参数化和设计变量的选取原则。根据某无人机的设计要求,以亚声速和超声速气动特性为设计目标的无人机外形综合优化设计,取得了良好的优化设计结果。     

外形参数化方法对气动优化过程的影响

探讨了各类参数化方法(包括PARSEC,CST,HicksHenne,自由型变形等)的原理、优缺点及其对气动优化设计的影响。首先简述了基于NS方程进行气动优化设计的过程,指出参数化方法为优化问题提供了设计变量。然后研究了各类参数化方法的原理,给出了各类方法中参数的几何意义,并对PARSEC方法提出了改进。通过比较各类方法对代表性翼型的重构能力,给出了合理选择参数化方法,参数个数及其取值范围的建议。最后给出了在相同工况下分别使用Hicks-Henne和PAR-SEC两种参数化方法的气动减阻优化结果,研究了其对翼型气动优化效率和效果的影响。     

某两厢车气动外形减阻自动优化设计

以某两厢车为研究对象,对其造型阶段气动外形进行优化.为了提高气动减阻优化效率,避免优化的盲目性,应用优化软件、网格变形软件、流体分析软件搭建了一个自动优化流程.优化流程可以实现对多个变量多个水平同时进行优化,中间过程不需要人为参与,最终可以输出减阻效果最佳的气动组合方案.     

基于Isight的自适应翼型前缘气动优化设计

为了兼顾翼型在各个飞行状态下的气动效率,基于Isight优化设计平台对自适应翼型前缘进行了气动优化设计研究.首先对Hicks-Henne型函数进行了改进,实现了翼型前缘的参数化描述;然后采用拉丁超立方实验设计方法生成样本点,并运用CFD软件进行翼型流场的气动计算,进而利用该样本数据完成对RBF神经网络的训练;最后对神经网络近似模型应用多岛遗传算法进行优化.以NACA 0006翼型为例,采用上述组合优化策略以升阻比为目标函数进行优化设计.仿真结果表明:改进后的Hicks-Henne型函数较好地描述了翼型前缘;组合优化方法显著提高了翼型气动优化效率.     

考虑短舱安装参数的全机气动外形优化设计

针对跨声速宽体客机机翼、机身、短舱、挂架、平尾、垂尾全机构型中各部件之间存在的气动干扰和力矩耦合问题,采用多块拼接自由变形(FFD)方法进行全机多部件的参数化,利用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)进行流场求解,结合离散伴随技术和序列二次规划优化算法进行考虑短舱安装参数变化和平尾配平的气动外形优化设计。经过优化之后,短舱附近机翼的压力分布形态变光顺,设计点阻力减小3.82%,并且获得了无激波的压力分布形态。     

基于混合遗传算法和复合形法的翼型优化设计

遗传算法的缺点在于计算过多的目标函数适应值而增加了优化设计的计算量。为了提高遗传算法的优化效率,将遗传算法和复合形法相结合,建立了基于混合遗传算法和复合形法的气动优化设计方法,对超临界翼型进行了单目标和多目标的优化设计,流场计算采用雷诺数平均N-S方程。算例表明,该设计优化方法稳定,设计质量高,效率比单纯遗传算法有很大提高,在工程中有较大的应用价值。     

基于载荷设计的电动飞机复合材料机翼结构优化方法及试验验证

基于柔度法静气弹分析方法,对电动飞机复合材料机翼考虑气动弹性载荷的结构优化方法进行研究。以考虑翼型弯度的涡格法计算机翼气动载荷,并与CFD计算结果进行对比,验证其准确性。使用遗传算法对机翼结构进行铺层优化,以铺层度及铺层角度百分比为优化变量,结构重量最低为优化目标,强度及复合材料工艺性作为设计约束,对机翼结构进行优化,计算强度时考虑气动弹性载荷。最后通过静力试验验证仿真结果的准确性。研究表明直机翼考虑气动弹性载荷后翼根弯矩、剪力及扭矩均有增加,基于该优化方法可设计合适的机翼结构刚度,在满足强度设计要求同时能达到减重目的。     

基于Hicks-Henne型函数的翼型参数化设计以及收敛特性研究

翼型参数化是风力机翼型优化设计中的重要环节。针对风力机翼型参数化中建立统一数学模型问题,研究HicksHenne型函数法及其改进算法在风力机翼型参数化中的应用。通过对Hicks-Henne型函数各项系数进行控制,避免出现翼型交叉与不光顺现象,保证了翼型整体形状的平滑。通过对关键点和设计变量的控制,研究设计空间覆盖性和设计变量对翼型的影响。分析了Hicks-Henne型函数法对翼型后缘设计的缺陷,并提出改进的Hicks-Henne算法改善尾缘夹角。Hicks-Henne型函数及其改进算法扩展了风力机翼型参数化表达方法,具有一定的工程实用价值。     

Aerodynamic Characteristics and Noise Collaborative Optimization of an Airfoil

Aerodynamic noise is the main problem restricting its development nowadays in green energy, ocean engineering and aerospace engineering. In order to limit the aerodynamic noise of an airfoil structure, a method is proposed in this paper by designing low noise airfoils. This method optimized the aerodynamic noise of two-dimensional airfoil, and considered the aerodynamic performance of the airfoil at the same time. Based on Joukowski conformal transformation, airfoil geometry is parameterized firstly. Then, the optimization model taking the lift-to-drag ratio and airfoil self-noise as the design objective, is established to modify the airfoil by active set algorithm until the airfoil can satisfy the design condition. Finally, the noise of the optimized airfoil is verified according to the prediction theory of airfoil noise. Moreover, the relationship between airfoil geometry and noise is analyzed. The results show that the lift-to-drag ratio of the optimized airfoil increased, and the noise also decreased. Thus, the optimization method can be used to address special design of low-noise airfoil. Besides, the optimization method in this paper can provide reference for improving lift-to-drag ratio and reducing noise of the airfoil in aircraft and submarine rudder system.     

基于改进多目标粒子群算法的风力机大厚度翼型优化设计

仅以气动性能最佳为目标进行优化设计的翼型,结构性能较差.为了克服这一缺点,基于改进的多目标粒子群算法(MOPSO),提出了综合考虑气动性能和结构性能的大厚度翼型多目标优化设计方法.针对相对厚度为40%的翼型,应用翼型集成理论对翼型进行参数化表达,以翼型主要攻角处的升阻比最大和翼型面对弦线轴的惯性矩最大为设计目标,综合考虑翼型的粗糙度敏感性、失速特性及非设计工况特性,进行翼型的多目标优化设计,得到了Pareto最优解集.分析最优解集中的翼型,由此挑选出的新翼型在气动性能和结构性能上均比常用翼型DU00-W2-401有较大提高.     

基于通用型线和网格重构的风力机翼型设计

现有翼型表达大都基于控制点和初始成熟翼型,设计空间小因而不利于选出高性能翼型.基于Joukowski保角变换通用翼型形线表征形式,编程集成ICEM和FLUENT完成翼型生成、大变形网格重构、边界条件生成和流场解算,采用改进遗传算法进行高升阻比风力机翼型多学科联合设计.结果表明本平台设计的翼型在设计、非设计工况下以及主要攻角范围内有较高升力系数和升阻比.该型线集成表达和流场计算多学科设计方法,也为类似气动优化设计提供参考.