低雷諾數(shù)翼型的外形設計精品資料

1、低雷諾若數(shù)攵翼型的外形設 空氣動力學學報214年第-三期1優(yōu)化目標分析氣動外形優(yōu)化設計的目的在于實現(xiàn)異型良好的氣動效率滿足飛行器的性匕匕 厶冃需求。航時和航程是飛行器設計中考慮的重要問題也成為異型氣動優(yōu)化的重要目的從航時角度考慮亞跨聲速內(nèi)飛行的飛機在最佳續(xù)航和升阻比最大狀態(tài)下的航時最長12。因此傳統(tǒng)高雷諾數(shù)異型氣動優(yōu)化的目標是獲取升阻比最大的異型而對于低雷諾數(shù)條件內(nèi)的飛行器異型氣動外形優(yōu)化目標從功率因子方面考慮有利于實現(xiàn)航時延長的目的。升阻比K=CL/CD與功率因子PI =C 1-5L/CD從公式形式接近實際中，翼型升阻比最大時的功率因子不一一一疋最大,反之也成立。圖1顯示的是Sd7032異型

2、在雷諾數(shù)385X105條件下升阻比和功率因子隨迎角變化的情況式中W是飛機飛行總質(zhì)量P為來流密度S為機異面積,并定義功率因子PIC15丄厶cD式中翼載荷一w/s固一定時，一p丄越大.，-飛.行.器.功.耗.越.丄，-飛.行-時.間.越.長-，-這.對.希.望延長航時的現(xiàn)代.丄型.長航時無-機具有積極作一用.因.此.，-低.雷.諾一數(shù)一翼.型.的一氣.動.優(yōu)-化.從.功.率.因一丄角.度一考一慮.能一獲-得一滿.足一低一速一2型一飛-行-器一航.時-性匕匕 厶冃要求的優(yōu)一化一翼型UUUnUnU丄數(shù)值計-算方一法nnnnnnnnnn低一雷一諾一數(shù)一條一件一下，一繞一翼一型一的一流一動一常一在逆一壓一

3、梯一度一的影響丄出現(xiàn)一分離，-并伴隨層流或湍流分離泡的-產(chǎn)一生一和一附一著一，一分_離一泡一區(qū)-域一的一大一小_比_例一在一不_同一的一雷一諾一數(shù)一下一不盡一相一同一丄3 一二丄，一丄丄使一得一翼一型的一流場變得極為復雜一通過數(shù)值計算的一方法模-擬一求一解一低一雷一諾一數(shù)一翼一型一的一氣一動-特一性一，一需一要-準一確一捕一捉一以一丄現(xiàn)一象一并一進一行一細一致一的一分一析一亠丄F丄L程一序-恰一好一滿-足一丄要-求一，-計-算一數(shù)一據(jù)-有一效一，-并-有一匸泛一使一用一xFo丄丄由一美一國-丄丄的亠丄kD丄丄丄丄博丄編寫丄丄5針對低雷諾數(shù)條件一下_翼-型一的一數(shù)-值-模-擬一而-專-門_開一發(fā)

4、-的一流一場-求一解一的一開一源-程一序-，-是-國-外進行-低一雷-諾數(shù)一翼-型一計-算-的一丄要工具,其準確性和可靠性在多篇文獻中都得到驗一證應一用一，一多年來該一程序得到一不斷改一進并一完一善.國.外.文.獻.丄，-丄6-國.內(nèi).文.獻一丄丄二4使用的數(shù)值模擬-求解器是XF.O丄，-文獻一丄4-丄盤其.計.算一的一準.確.性-進一行.丄專.驗.證.作-者一使.用一X一F-二I前.也一對-其一進.行一丄驗一證-，-計-算丄文獻丄丄X的算例并進行對一比一還一通過一文獻丄丄計-算丄其中-的E一丄丄丄e丄3丄丄翼一型一的一氣一動一性一能一并與一風一洞一試一驗一結(jié)一果一進一行對比一亠結(jié)果表明,XF

5、丄數(shù)值計算的數(shù)據(jù)比較準確一地一反一映一丄真一實一流_場一中一翼一型一的一氣一動-特一性一丄翼一型一參一數(shù)一化一方一法一研一究一翼型一的參數(shù)化一描述方法一包含多項一式擬合一法一和解析-旦數(shù)一線一性一疊一加一法一等-多一種一方一法一，一如-引一言一中一提-及一的一方一法一本一文一選一取一國一內(nèi)一外一泛一使一用一的一H丄丄kS-二H-e-丄丄丄型一旦數(shù)一和-p丄丄S-e-丄方一法一對一低一雷-諾數(shù)-翼-型一進行參-數(shù)-化一研究IIII3 一丄旦丄丄kS二丄n丄丄型一函一數(shù)一參一數(shù)一化研-究一旦丄丄k-S-二旦e_丄丄e_型一函一數(shù)-丄丄8-適一合-對-任一何一翼-型一進行一參-數(shù)一化描一述一亠直-觀

6、-并-易-丄控制然而原始的iCk-He型函數(shù)的一函數(shù)項一中沒有對翼型尾緣點一的控一制一函數(shù)一，-使.翼.型.尾.緣_部.分.參.數(shù)一化-空.間.得.不-到一拓.展.，-影響優(yōu)-化-翼型質(zhì)量丄厶丄O nJ要解決.此問-題，-理論一丄使.用.無.限.多一的-型一函.數(shù)一對-翼一型.進.行-控.制.即可-，-但.產(chǎn)-生一的.計一算一量一非.常一大亠且.效一果并一不-突.I出1文獻丄3 一X和文獻丄丄X對一H丄丄kS二H-丄丄丄型函數(shù)進.行-丄改進一，-文獻-L3一添一加一翼一型一前一緣一和一尾一緣一的一控一制一函一數(shù)一，一文一獻二丄U通過另一種形式的一函數(shù)對翼型尾緣進行控制-，一兩一種一改一進一方-

7、法一產(chǎn)一生一的一效一果-差一別一不_大一本一文一以一文一獻一丄丄丄X中改一進一的一丄丄k丄二H厶丄丄丄型函數(shù)作一為低雷諾一數(shù)翼型參數(shù)化方一法一，一即在一原一H-丄丄k-S-二H_丄丄丄丄型一函一數(shù)一中一設一計-丄丄丄丄)二a丄丄丄二丄丄e二丄丄丄二丄丄函數(shù)項，-該函一該在一二丄處一階一導一數(shù)值不一為丄可一以改變一參-數(shù)-化一翼-型一的尾一緣-夾角一亠使參-數(shù)-化空一間得到拓一展公式一為:圖2 一顯一示丄使一用H丄丄k-S-二旦丄丄丄e_型一函一數(shù)-和-改一進_旦丄亠k-s二旦e丄丄丄型-函一數(shù)一參-數(shù)一化一描一述一的低一雷-諾一數(shù)一翼型尾部效果圖,圖2a圖形使用改進的H-丄丄k 一S-二H 一

8、丄丄丄丄型一函一數(shù)一描一述，一圖一2 一丄丄使.用.原.始.H-丄丄H-丄丄丄丄型.函.數(shù)描.述由圖可見-，-改進H丄丄k丄丄型.函.數(shù)一有.效.實一現(xiàn).丄參.數(shù)一化.翼.型.尾.緣一夾.角.的一改一變.IUIIIUIIII3亠p丄丄丄e厶方一法參數(shù)化一研究p丄丄丄丄方一法丄丄丄nJ是國.旦外使用一非常泛一的另一種一翼一型一參一數(shù)一化一方法一，一把一翼一型一分一為一丄丄兩一個型一面，-通過以丄公式進行描述目一前,P 一a丄S丄丄參一數(shù)一化一方一法一在_超一臨一界-翼一型一R_丄丄2-丄2 一2 一的一研一究一案一例一中一較一為常一見一丄，一丄二丄丄能一否一應用一到低雷諾一數(shù)翼型中還尚未形一成結(jié)

9、論一文獻丄丄使一用一P-丄丄S-丄丄方一法一對一E-丄P-丄厶丄丄8 一6 一翼-型一進一行一參-數(shù)一化一描一述一亠本一文一旦sd丄。一3 一2-翼-型一為一例一，-使一用一該-方一法一對一其-進一行一多一次一描一述一效一果一最-好一的一口次一參-數(shù)-取值-范圍-列一丄表一丄I中，-參一數(shù)一化一描一述一結(jié)一果一如一圖一4所一示一圖一丄顯一示一的一丄丄個_參-數(shù)-化一翼-型-亠畸-變一嚴_重-，-不_符_合-基-本_的一翼-型一規(guī)-范一鑒-丄丄丄丄se亠方-法一對Re2-922和EPP- -er86翼型有過參數(shù)化案例一，一把R丄丄282、s丄O丄丄和E 一p-P-丄丄厶丄翼.型.顯.示-于.圖.

10、5-進-行.分.析.，-由圖可-見丄丄e2-8-22與E.P丄丄J-丄8一6-翼.型.曲.線.相.對-弦一線.的.變.化一空.間.比-較.大.，-而.S-d一丄丄3一2-翼一型下-翼.面一曲線一相.對一弦一線一變一化.空.間較為有限，一并且存在明顯的極X值和一極大一值兩丄點作-者分析一認為.，-P丄丄e亠方法使用一丄2 一丄參一數(shù)一丄最一少9 一個擬一合一翼一型曲一線一亠以較少-的設計變量減丄丄描述翼型一的工作一量，-實際一中一卻一使一得一設一計-變一量一的一取一值一范一圍一變一得一更一為-模一糊一，一人丄給一定一的一參一數(shù)一范一圍一往一往一脫一離一真一實一_范一圍，一致使參數(shù)化的翼型一不一合

11、格數(shù)量增多，一質(zhì)量變一差-P-丄丄S-丄丄方-法一描一述一相一對一弦一線一兩一側(cè)-曲一線一開一度-較一大一的一翼-型一時一能一取一得一一定一效一果一，-但一是一對一曲一線一開一度-很一小的一翼-型一，-需-要-慎-重一使一用一p丄丄s丄c方一法一描一述_構(gòu)一型一曲一線的二 階一導數(shù)-明顯一為一丄的翼型時，-還應該增加約束條件nUnU4-單-點-優(yōu)一化一與-多-點-優(yōu)一化一單一點一優(yōu)一化一和-多一點一優(yōu)化一是-氣一動-外一形一優(yōu)一化中一的一兩一種一優(yōu)化方式單點優(yōu)化是對翼型在E個點處進行氣一動外一形優(yōu)化如馬一赫數(shù)設一計點或一速一度設一計.點等.多一點.優(yōu).化.是一在.連.續(xù).的.設.計.區(qū).域.內(nèi)

12、-取.多.個點通過-權函數(shù)綜-合翼型在各“點_處的氣一動.性.能.進.行-的.優(yōu)-化一，-實.現(xiàn)-優(yōu)一化.翼.型.在.該.設.計.區(qū)一域一內(nèi).的一氣一動.性一匕匕 厶冃整一體-最一優(yōu)-亠避.免一飛-行-過-程.丄不確定因素丄如一突風氣一流密度變一化等的影響，-改善飛-機-偏一離單點.丄況后翼型一氣動性一匕匕 厶冃惡化的狀一態(tài)一，一使一飛一行器一在設一計區(qū)一域一內(nèi)實一現(xiàn)一平穩(wěn)一飛行丄2丄-4匚基于-數(shù)值計算的一氣動正優(yōu)化方-法一在一單-點一優(yōu)_化一和_多一點_優(yōu)一化_兩一種一方一式_丄都能一實一現(xiàn)一良一好一的一運一用，一是一氣一動優(yōu)一化一設一計一領一域一的一重一要一研一究丄段一本文翼型參數(shù)化一方

13、法使一用一改進的一H丄丄丄S-二H-丄丄丄丄型一函一數(shù)一丄丄丄采一用一均一勻一試一驗一設一計一方一法一丄2 一丄取一樣一亠運一用一丄F丄L程序?qū)σ粯颖疽硇鸵贿M一行數(shù)值計一算，-通過K丄丄丄丄丄代理模一型一和遺-傳一算-法的一結(jié)一合一亠搜一索-獲得-滿足一約一束條件一的一全一局最優(yōu)一解進一行一單點一和一多點優(yōu)一化_時-，-根-據(jù)-低一雷-諾一數(shù)-翼-型一的一特一點一，-從-基-丄率-因一子最-大一的一角-度-進行一優(yōu)化一亠優(yōu)化一目一標沒一有一直-接-設為功率因子,而是設成阻力系數(shù)最小,約束條件中對升力系數(shù)的丄亠5次幕和力矩一系數(shù)施加.約.束.，-從.間.接.層.面.實.現(xiàn).了-功.率.因.丄的.

14、最.大.，-并兼.顧丄翼型良好的氣動效率單.點和-多點優(yōu)-化一思.想.可以.用.數(shù)一學.式一子.表述-為一式.丄8-為.單.點一優(yōu)一化.公一式-，-式一9-2-為一多一點一優(yōu).化一公一式-式.I丄丄2-中的D代表設計一空間，一d為設計變一量向量，-丄為迎-角一，-V為來.流速度，-O一為升-力-系一數(shù)一的一約一束一下限一，一c丄n和一c丄丄分一別表示力矩系數(shù)的約束一上丄限式9 一中的丄代一表一設一計-點一數(shù)一目一，一丄丄a丄和-v_丄分-別一代一表一第一丄個一設一計一點一的權一重一系一數(shù)一迎角一和一來一流一速一度，一其它符號一的含義與一式8)相一同式丄丄)和-式一丄9-)主一要-根一據(jù)-功一率

15、一因一子一p_丄二c_丄5 一L厶cD的一定一義一，-對一優(yōu)一化一目一標一和一約一束一條-件進一行設置，-這種一優(yōu)化一方式一有利一丄在性一能約束范一圍-充一分一的一條-件一下亠取一得-優(yōu)化一翼-型比優(yōu)化目一標一直接設為P丄后獲得的一翼型的功一率因子一較一優(yōu)的效一果-另-外-，-在一約-束一條-件一中_對一c_丄亠5-L_進一行-約一束一，-而一不對-c_丄進行-約-束后一參-與一功率-因一丄計-算,主要原因是優(yōu)化中使用的K 1i代理一模型評一估一的一參數(shù)越一直接越準一確遺傳一算法搜-索一獲.得.的.最.優(yōu).解.才更.真.實.相.對.功-率因.子.而.言，-K丄ig丄ng代-理模型評估的丄丄-2

16、比.更.直.接.，-因一而.能.實.現(xiàn)一更.充.分-準.確.的.優(yōu).化-，-獲.得一盤率.因一子最一佳.的一翼一型一最一后一，-翼一型.的.最大厚度沒有納約束一條件進行限制亠是因為低雷諾數(shù)條件-內(nèi)-的飛-行-器的翼載荷比一較，-且現(xiàn)一在一的一機翼一多一為一先進一復一合一材料一制一成一優(yōu)化翼一型一的厚度只要合理變丄，-就能滿足承載要求丄優(yōu)一化一案一例一及一分-析_選一擇一sd丄丄3 一2 一翼一型一進一行一單一點一和一多一點一優(yōu)一化一亠多點一優(yōu)化翼型一的性能和一權重系數(shù)與連續(xù)設計區(qū)域一范一圍一有-關一聯(lián)-，一本_文一的一多一點一優(yōu)一化一是-取一兩一組-不一同一設一計一域一每一組一兩一種一不一同一

17、權一重一系一數(shù)一的一優(yōu)一化一亠最一后一分析一比較丄單一點優(yōu)化和一多點優(yōu)化一結(jié)果5一亠丄單一點一優(yōu)一化一sd丄丄丄丄翼-型在迎角一II4_，-速度丄7厶s，-雷諾數(shù)3丄丄丄丄5-下_優(yōu)一化一參-數(shù)-化_方-法一使一用一文一獻-丄丄丄丄中一改一進一的一旦丄丄ks二旦丄丄丄厶型一函一數(shù)一亠取一6-個型函數(shù),對應節(jié)點O3O3O2丄亠4-丄-6 一丄-丄丄亠丄約一束一條一件一為.表.2-中.丄2-X設.計.變.量.的-幾一何.約.束-和.性.能.約.束:丄丄二-丄5,二2丄丄二丄二二丄-丄9-nn口丄-2-多一點一優(yōu).化一對-S-d-O3一2-翼一型進一行-2-組.丄次一氣動優(yōu)一化一亠分別記-為亠丄丄

18、1丄丄且丄丄丄丄丄亠丄丄 1丄和-丄丄丄丄丄2 一四個優(yōu)一化一案一例一均一在一迎一角一4-丄進一行亠參一數(shù)化一方法選擇和設置與一5節(jié)單點優(yōu)化案例相-同一，一其一它一條一件一具一體一為一:丄丄丄丄丄丄:設一計一速一度一域一丄丄2 一厶s，一2 一2 一丄丄跨一度一丄丄厶S，一設一計點丄2 一/S、丄53 一3厶S-、丄丄-6-丄S-、2-2-厶S-共一四一個一，-對一應一權一重一系一數(shù)一為一丄2 一丄、。一2 一5 一、丄2-丄、丄2-丄優(yōu)一化一約一束一條-件一為一丄丄丄丄2一丄設計速一度-域、速一度-點、約一束條-件與丄丄丄丄21相同一，-權重系數(shù)與且丄丄丄丄丄丄相一同一多-點-優(yōu)一化一得-到-的一四一個_優(yōu)一化一翼-型一在一丄_迎一角一下各-自一速-度-域一內(nèi)一的氣一動-性一能-亠與一sd7。32翼型的對比情況展示于圖