摘要：工程环境中,飞机气动力设计面临在多个目标和多种约束条件下寻找最优值,需在较短时限内完成设计优化,并保证最终方案可靠。基于高性能计算环境,采用现代计算流体力学(CFD)数值模拟技术和优化技术等构建了面向实际工程的飞行器气动多目标优化设计平台:采用基于非均匀有理B样条(NURBS)方法的自由曲面变形技术,实现对工程复杂气动外形的参数化表达;采用网格变形技术,实现优化过程中计算网格的自动更新;采用基于有限体积方法和多块结构网格的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程并行解算器进行气动力求解;采用基于精英保留策略的非支配排序的多目标遗传算法(NSGA-II)进行多目标全局优化求解;采用非线性单纯形算法进行局部优化求解,优化过程中,通过人工调整优化种群,引入人工经验,构建"人在回路"的设计流程。以某翼型/机翼气动力优化设计为例对该平台技术进行验证:多目标优化设计可得到清晰的Pareto前沿解分布;优化后的翼型/机翼在满足各项约束的前提下,具备更高的综合气动性能。结果表明:所发展的气动多目标优化设计平台具有很好的工程适用性。

摘要：飞机进行货物空投是进行飞行载荷设计时所需考虑的机动之一,现有的空投载荷设计方法主要是基于刚体飞机运动方程建立的,尚不能解决弹性飞机遭遇阵风时的货物空投载荷设计问题。为了提高空投载荷设计精度,考虑了飞机的弹性振动自由度,提出了弹性飞机遭遇阵风时的货物空投动响应和结构载荷分析方法。对弹性飞机空投动响应分析的主要难点为线性时变系统的动力学建模:基于稳定基底法,推导了弹性飞机货物空投动响应一般运动方程;采用最小状态(MS)法对频域气动力进行有理函数拟合;利用混合建模方法对时域离散阵风激励进行计算。对弹性飞机单件重装货物空投进行了仿真,重点分析了货物对载机地板的作用力和机翼的受载。仿真结果表明,本文提出的弹性飞机货物空投动响应分析方法可以很好地反映飞机的空投受载情况,能够作为弹性飞机空投载荷设计的手段。

摘要：利用非均匀有理B样条(NURBS)基函数属性建立了任意空间的自由变形(FFD)参数化方法,进一步结合无限插值(TFI)变形网格技术、二阶振荡粒子群优化(PSO)算法以及计算流体力学(CFD)数值模拟技术,构建了通用的气动外形优化设计系统。采用该系统对C17运输机上翘后体进行气动优化设计,在满足后体最大宽度、高度以及上翘角不减小的情况下,巡航状态减阻2.6%,压差阻力减小19.8%。流态分析显示,优化后体阻力减小的主要原因是后体截面近圆度的增加以及近圆度沿机身轴线的变化量的减小使得后体周向逆压梯度减小所致。研究结果表明本文建立的基于FFD技术的气动优化设计系统对于大型运输机上翘后体的气动优化设计具有较好的实用性。

摘要：为了提高径向基函数(RBF)神经网络模型的预测精度,在其基础上提出了一种自适应RBF神经网络模型。该预测模型在RBF神经网络模型表达式中引入自适应向量(向量维数与样本点自变量维数相同),采用优化搜索方式确定自适应向量值,从而提高模型预测的准确度和普适性。与其他RBF神经网络模型的改进相比,本文直接从改变基函数的形式入手,使用较少的参数优化达到对网络模型的自适应构造;该方法本质上改变了基函数网络中心与宽度对网络模型预测的作用以及样本点自变量向量的各个维对因变量的影响度,其对目标问题具有自适应性。将本文的自适应RBF神经网络模型应用在基于机身+机翼+翼梢小翼模型的翼梢小翼优化设计中,在约束弯矩的情况下进行巡航减阻优化设计,设计结果验证了该预测模型的可行性,表明其具有一定的工程实用价值。

摘要：开展层流超临界翼型稳健设计研究。针对传统的基于蒙特卡洛不确定分析方法的稳健设计系统计算量巨大、效率低下等问题,引入了混沌多项式方法,建立了新型稳健设计系统。采用RAE2822翼型稳健设计验证了设计系统的可靠性、高效性。结果表明,混沌多项式方法在保证设计精度的基础上设计效率提高了10倍左右。采用该系统进行了层流超临界翼型稳健设计研究,设计的结果表明:对于层流超临界翼型设计需要兼顾层流区长度、阻力发散特性;基于多目标稳健设计方法可以权衡设计点特性和阻力的波动特性;设计后翼型与原始翼型相比,设计点阻力减小了10cunts,阻力发散马赫数提高了0.01,在整个马赫数范围内维持了低的阻力特性。

摘要：当飞机在积水跑道上起飞着陆滑跑时,由于起落架机轮溅水引起的进气道吸水问题是非常复杂的。提出了分析机轮溅水轨迹形态及对进气道影响的两种方法:类比法和数值模拟法。以机轮溅水的典型初始参数为输入,运用上述两种方法,对某国产运输机A的进气道吸水特性进行分析,为其适航符合性提供依据。分析结果表明:该飞机在研究范围内的各个典型溅水初始参数条件下,进气道均处于起落架机轮的溅水覆盖区域以外,符合适航条例相关要求;数值模拟结果给出了典型参数下机轮溅水被内侧短舱进气道吸入的临界条件:侧向溅水初始速度达到69m/s以上,同时垂向溅水初始速度至少达到40m/s以上。

摘要：针对跨声速融合体布局飞机,构建了所需超临界翼型的气动优化设计问题;基于"人在回路"的多轮迭代优化理念建立了翼型多目标多约束优化设计平台,其中:翼型参数化采用基于型函数/类函数变换的参数化方法,气动力解算器采用基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)的求解程序CCFD-MB,计算网格生成与网格更新采用基于无限插值和椭圆光滑算法的C型结构网格程序,优化算法采用多目标优化遗传算法NSGA-II。设计结果显示,优化翼型具有常规超临界翼型的基本气动力特征,满足阻力发散、抖振边界和低速特性要求;同时具有前加载特征,低头力矩大幅低于常规超临界翼型,满足融合体布局气动力要求。

摘要：应用万核级并行流场数值模拟软件CCFD,在深腾7000高性能计算机上对飞机高速巡航构型阻力和低速增升装置性能预测进行了计算研究,比较了不同规模网格、湍流模型对计算结果的影响,并且将高性能计算与常规计算的工作效率进行了比较.飞机高速巡航构型阻力和低速增升装置性能预测的计算结果与试验结果较为接近,可见:CCFD软件的常规气动计算精度较高;高性能计算技术可有效提高数值计算的可靠性及工作效率;单纯增加网格规模,而不进行算法升级,对复杂问题计算精度的提高有限.

摘要：给出了一套参数化研究短舱气动性能的方法,主要包括总压恢复系数、静态畸变指数、阻力系数、压力系数、流量系数等5个参数。重点研究了影响短舱气动性能的进口形状、唇口前缘半径2个要素。比较3种考虑层流原理设计的短舱发现,无攻角状态不同进口形状的短舱气动性能相差很小,椭圆形进口短舱的综合气动性能略好于其他2种进口形状短舱的。不同唇口前缘半径的短舱在高速攻角侧滑角状态下气动性能差别较大,大唇口前缘半径的短舱综合气动性能明显偏低,低速状态则综合气动性能差别较小。

摘要：我国大型民机需要在亚音速常规布局方面充分利用现有技术平台成熟相关技术,同时突破高效气动力技术、复合材料技术、动力装置技术;并且需要提前布局下一代新概念民机的探索研究,力争获得突破,这样才可能在未来的大型民机竞争中占得先机,在未来的民机制造业中占有一席之地。