摘要：为发展高性能多级跨声速压气机先进设计体系,提出了压气机多圆弧叶型、多圆弧厚度分布叶型及修正NACA 6-系列叶型造型方法,利用NASA/GE研发的高效节能发动机E^(3)高压压气机前6.5级的准三维设计数据,建立了相应的压气机三维几何参数化模型,并通过数值模拟研究了造型压气机在多个转速下的内部流动及增压特性。结果表明:在100%设计转速近最高效率点处,造型压气机的质量流量与设计目标及与原型压气机试验结果的误差分别为0.4%和0.6%,绝热效率的误差分别为1.9%和0.9%;造型压气机模拟及原型压气机试验所得总压比均低于设计目标;前排跨声转子叶片气动负荷过大导致激波脱体严重是压气机的主要设计不足,改善叶片气动负荷分布、缓解叶片溢流是提升压气机气动性能尤其是设计点总压比的有效方法。研究成果对开展多级跨声速压气机设计优化具有参考价值。

摘要：二次曲线由于其良好的几何特征,在传统的飞机建模过程中得到较多的应用,但是单一的控制参数使其外形变化受到限制,而灵活的外形变化恰是NURBS曲线的主要特点。根据飞机设计过程中总体布局要求及人机工效约束条件,采用NURBS曲线曲面方法,使用控制点位置的相对长度与角度为设计参数,在飞机机头参数化建模过程中融入相关的工程约束,通过CFD计算分析,对设计参数进行优化,得到符合要求的模型;并尝试在风挡区域增加一条横向控制线,调节风挡局部区域的气流流动。结果表明,采用NURBS方法可以得到符合设计要求的机头外形,而且对外形的控制更加灵活;增加风挡区域的横向控制线改善了风挡局部区域的气流流动。

摘要：伴随方法是目前流体机械优化设计领域的研究热点,具有计算量与设计变量数目基本无关的优点。鉴于以往相关研究尚未将伴随方法用于有分离流动条件下的叶栅气动反问题设计,建立了一套集叶片几何参数化、网格生成、流场求解、伴随场求解与优化求解于一体的叶栅气动反问题的优化求解方法,从减弱流动分离的角度出发,通过给定更合适的叶片表面压力分布,完成了叶栅反问题求解。研究表明,所得叶片吸力面型线更为平缓,在所研究的2种攻角下的尾缘附近流动分离较优化前得到了有效缓解。该研究有利于发展高效、宽工况叶栅设计技术,并可为复杂流体机械部件的先进设计奠定理论基础。

摘要：几何参数化建模是气动布局设计的关键技术之一,简洁、高效、准确的几何表征对于提高飞行器设计效率和质量有着至关重要的作用。基于主成分分析(PCA)的特征提取降维,可以在满足几何表征精度的条件下,进一步降低现有参数化方法的维度,更好地服务于气动布局设计。本文介绍了基于PCA的翼型参数建模方法,分析了采样空间设计、样本数量、采样参数、几何重构方式等各个因素对PCA建模过程中降维能力、基模态特性以及几何表征能力的影响。通过CFD仿真分析,进一步探究PCA建模方法在气动性能表征方面的能力。仿真分析指出:基于PCA的翼型参数化方法,可以在满足几何外形表征精度的条件下降低现有方法参数维度,且其设计参数与几何特性有对应关系,利于在布局设计中加入工程经验;基于同一类采样方式的PCA建模,其模态特性、降维能力和几何外形拟合能力受采样空间、样本数量的影响很小,但对采样方法的参数配置较为敏感;本文所研究的建模方法,可在保证几何表征精度的同时满足气动力表征精度,其在气动布局设计优化中,具有一定的指导意义。

摘要：飞行器气动外形优化就是将设计对象的空气动力学性能分析与最优化方法相结合,通过不断改变设计对象的外形,使其气动性能在满足一定约束条件下达到最优。气动外形优化是一个涉及几何参数化、动网格、流场计算和寻优算法的综合应用平台。随着计算流体力学(CFD)的发展以及高性能计算机的使用,气动外形优化在现代飞行器设计中的作用愈加重要。为此建立了基于非均匀有理B样条(NURBS)参数化方法的机翼气动外形优化平台。优化过程中采用弹性网格变形法,由雷诺平均Navier-Stokes方程组和Baldwin-Lomax代数湍流模型求解流场,并用离散伴随方法进行目标函数梯度求解,最后结合序列二次规划(SQP)方法进行优化迭代。通过对ONERA M6机翼在跨声速条件下进行优化分析,结果表明在保持升力系数和机翼容积不变,马赫数Ma=0.84、迎角α=3.06°时,优化后机翼表面压力系数有明显变化,上翼面λ激波明显减弱,相对于原始外形优化后机翼阻力系数减小0.002 5,降幅达13.1%;优化实例验证了该方法有效可行。

摘要：采用NURBS曲线曲面,对钝锥弹头和钝双锥弹体建立参数化曲面模型,取NURBS曲线控制点作为设计参数,应用高超声速面元法求解气动力特性,在给定设计约束下,采用遗传算法进行气动外形优化设计,并对优化结果进行了比较分析。结果表明,采用NURBS方法构造参数化外形,并结合优化技术可方便快速地获得所需最优外形;与应用二次曲线构造参数化外形相比,该方法对弹体形状控制更加灵活,并可局部修改弹头曲线形状。因此,基于NURBS方法发展整套的系统优化设计算法很有现实意义和应用价值。

摘要：为了有效控制跨声速构型的表面压力分布,利用离散伴随方法精确、快速求解目标函数对大规模设计变量梯度的优势,采用CST和FFD几何参数法,分别构建了二维、三维气动反设计优化系统。通过NACA0012翼型和CRM机翼对构建的反设计系统进行验证,优化目标分别为RAE2822翼型和多点优化后的CRM构型的压力分布。结果表明:通过压力分布反设计得到的构型与目标压力分布对应的构型在几何外形上一致,迭代收敛性上气动反设计优化效率优于多点优化。

摘要：选取某轴流式转轮叶片作为优化设计的对象,以轴流式转轮叶片的形状参数为优化变量,在参数化实施中,用Bezier曲线参数化叶片翼型骨线,然后将导叶直接加到初始叶片进口前的流道上,保证了实际流动中转轮来流的真实条件。该方法结合了全三维反问题方法对有厚度叶片计算的准确性,以及遗传算法对解决多目标优化问题全局搜索的准确性,可以得到比较理想的转轮叶片。