摘要：基于叶素动量理论的对转涵道风扇桨叶设计方法虽然设计速度快,但设计精度不高。为提高设计方法的设计精度,同时保留设计的快速性,通过CFD计算对基于叶素动量理论的桨叶快速设计方法进行修正,提出一种耦合CFD修正的对转涵道风扇桨叶高效设计方法。通过CFD计算与修正设计的不断迭代,可使设计结果收敛至CFD计算结果,得到满足设计要求的桨叶。结果表明:MRF方法对对转涵风扇性能的求解精度不足,需采用非定常CFD方法。而通过CFD计算结果修正桨叶的拉力占比、入流角及叶素气动力后,对转涵道风扇总拉力设计精度提高10.4%,扭矩设计精度提高18.2%。文中提出的高效设计方法只需进行少量的CFD计算修正便能较好地满足设计要求,进行加速处理后,设计效率进一步提高25%。

摘要：工程实际结构通常是由多个部件组合而成,且各部件通过连接构件传递彼此间的载荷和振动能量.连接构件的布局设计与约束状况对整个结构的拓扑构型、动态性能以及承载能力等均有较大的影响.本文研究连接组合结构构型与部件间连接构件布局的协同动力学优化问题,使整体结构在简谐激励作用下动柔顺度达到最小.以弹簧连接单元模拟连接构件的约束及承载状况,将承力构件材料的相对密度与弹簧连接单元的相对刚度同时作为设计变量.在材料体积约束以及连接构件数量约束的条件下,采用基于梯度的优化算法开展组合结构的拓扑构型与连接构件的布局协同优化设计.通过与无连接约束构件的单体式结构拓扑优化结果进行对比,展示了组合结构拓扑构型的变化,以及连接约束的布局设计对整体材料分布和结构动力性能的影响.数值结果表明,虽然组合结构协同优化设计的动柔顺度总是大于单体式结构的结果,但结构固有频率的变化却具有一定的偶然性,即可提供更加优越的结构构型与连接布局设计.

摘要：针对扑翼飞行器自主起降能力缺失、严重影响其适用场景的问题,开展了仿生弹跳机构设计研究。对鸟类跳跃起飞过程中典型的运动状态进行分析,结合其各阶段的后肢骨骼结构、重心、力、速度等运动变化规律,对扑翼飞行器弹跳起飞动态过程进行了设计。基于鸟腿的骨骼解剖学结构,设计了闭链齿轮-五杆仿鸟腿弹跳机构,并基于D-H法推导出弹跳机构运动学方程,利用拉格朗日方程建立了弹跳机构起跳阶段的动力学方程。对弹跳机构进行了详细结构设计,采用ADAMS对简化的弹跳模型进行了仿真分析。仿真结果显示,借助该仿生弹跳机构,扑翼飞行器系统质心速度达到8.4 m/s,大于“信鸽”飞行器起飞所需的速度7.9 m/s,具备弹跳起飞的可能性。

摘要：随着现代飞行器性能需求的不断提高,飞行器精细化气动优化设计要求更高可信度的CFD数值分析及更多的独立设计变量,使得基于代理模型的全局优化算法在超过一定的设计变量后显著降低了效率,难以满足复杂工程的设计需求。而目前的高维代理模型过程复杂、时间花费高,缺乏对工程问题的广泛适应性。针对以上难题,提出了利用监督式非线性降维代理建模方法来缓解代理优化过程中的高维变量设计难题。该方法将核主成分分析(非线性)降维与高斯回归过程模型统一训练,自适应构建新型高维代理模型,并随着优化过程不断学习改进模型,建立了从高维输入到输出的准确映射,有效解决了传统高维代理模型训练时间花费高和适应性差等难题。然后基于该新型代理模型发展了适用于飞行器复杂气动设计的高维全局优化设计方法,并将其应用到美国航空航天学会(AIAA)优化小组发布的2个复杂跨声速优化算例中。通过与传统代理优化方法全面比较,验证了所提的方法能大幅提高飞行器高维变量全局优化效率和全局寻优能力。

摘要：采用一种高效的方法开展了在外载荷作用方向不确定条件下,连续体结构动态稳健性拓扑优化设计研究,有效降低了结构的稳态动响应对简谐激励作用方向随机扰动的敏感性.首先基于概率模型,将动载荷作用方向的不确定性用正态分布函数表示.其次通过二阶泰勒展开式,高效地计算出在激励方向扰动情形下结构动柔顺度的均值和方差,进而推导出了其对拓扑设计变量的一阶导数灵敏度显性表达式.最后在材料体积约束下,以动柔顺度概率特征指标的加权和为设计目标,基于变密度方法,对连续体结构进行动态稳健性拓扑优化设计,并与传统载荷方向固定条件下的确定性优化结果进行对比,充分展示了考虑外激励作用方向随机扰动对结构拓扑构型设计及其动柔顺度变化的影响.对优化数值结果进一步分析表明,采用文章提出的方法所得结构的动响应稳健性更高,能有效抵抗外激励作用方向的随机扰动.只需少许增加材料,稳健性优化设计的动响应将在整个载荷扰动区域内优于确定性优化结果.

摘要：翼型参数化方法对于翼型制造、气动和隐身等的优化设计具有非常重要的作用,为进一步提高参数化方法的表示能力,避免在优化过程中产生奇异外形进而提升翼型优化设计效率,结合外形控制能力更加灵活的类别形状函数变换方法(CST)及能够学习数据潜在分布的生成对抗网络模型(GAN),基于现有翼型数据库构建了一种新型翼型参数化方法:CST-GAN。通过考察生成翼型的几何质量及其表示误差,研究设计维度对CST-GAN翼型参数化的影响,并与Bezier、B样条及主成分分析(PCA)方法的表示精度进行了对比,最后基于该方法开展翼型优化设计。结果表明,该方法可以生成光滑、有效的几何外形,并能实现对翼型较为精确的描述。与其他几种常用参数化方法相比,CST-GAN方法具有较快的优化收敛速度和较好的优化效果,有助于改善优化效率,节约计算成本。此外,该方法鲁棒性强、易于实现,有拓展至三维机翼及整机的参数化建模并进行气动优化设计的应用潜力。

摘要：微型无人机栖息设计研究对提升微型无人机续航、增强微型无人机环境适应性和提高微型无人机长时间侦察监视能力具有重要的意义。随着人们对微型无人机续航性能和复杂环境的适应性要求越来越高,科研工作者对微型无人机的栖息设计技术进行了深入研究,并取得了显著成果。主要梳理了微型无人机的栖息原理、栖息机构、栖息方法,分析了栖息机构的特点与发展趋势。同时介绍了变体无人机在栖息领域的研究,并阐述了无人机栖息与抓取和爬壁之间的联系。此外将无人机分为多旋翼和固定翼2大类来进行栖息方法的研究分析,内容主要包括无人机的栖息位置选择、基于时间接触理论的仿生轨迹设计、视觉栖息导航、无人机的气动分析和动力学建模以及相应的栖落机动控制等。通过对无人机栖息设计技术的研究归纳分析,可为后续从事该方面的研究人员提供参考和借鉴。

摘要：高亚声速层流无人验证机首创性地采用内侧等直试验段与外侧后掠基本翼相结合的特殊气动布局形式,基本翼与试验段在整体飞行特性层面的协调匹配及基本翼自身的高低速特性协调匹配是气动力设计的出发点。根据典型飞行试验任务对高速巡航效率和低速失速特性的设计需求,针对性剖析了高低速气动特性的主控因素与设计原理。结合全速势-附面层修正方法设计、数值模拟校核的思路开展了兼顾巡航点激波/环量特性及低速分离顺序的基本翼气动力协调设计研究,形成了工程适用的设计方案。数值模拟和风洞试验综合评估结果表明:设计方案实现了大尺寸翼吊短舱影响下的巡航点无激波压力分布稳健性设计,在高亚声速验证工况气动特性良好的前提下,有效保证了低速临界迎角状态翼面分离梯次合理、升力/力矩可用,实现了基本翼与飞行试验验证需求及高低速气动特性的双重协调匹配。

摘要：高亚声速层流飞机是现阶段飞机设计的一个重点研究方向,可以有效提高飞机气动性能,增加航程航时等关键指标,但层流翼型在低速条件下与传统翼型相比气动特性较差。利用改进的剪切层自适应IDDES方法针对某特殊设计的层流验证机层流翼段进行分析及改进,抑制其由于翼型本身及翼身结合处的三维效应在大攻角状态下所引起的流动分离,使得翼段在低速大迎角状态下获得相对较好的气动特性。结果表明通过对层流翼段的翼型前缘修型,可以在低速条件下显著抑制流动分离,使得层流翼段在低速性能提升的同时在高速条件下也能保证较好的气动特性。

摘要：飞翼布局飞行器由于具有气动效率高的优势,将成为未来航空飞行器发展的主流方向,然而结构质量限制了其性能的进一步提升,结构优化是实现结构减重的重要技术。以飞翼布局飞行器内部结构为研究对象,建立拓扑优化模型,以柔顺度作为目标函数,探究飞翼布局飞行器全机内部结构的最优布置方式,分析弯曲梁构件在飞翼布局飞行器结构优化中的作用和减重机制,根据拓扑优化结果建立重构模型,同时依据Boeing第二代结构设计建立标准模型,使用尺寸优化评估重构模型相较于标准模型的减重效果。结果表明:在等柔顺度时,重构模型相比标准模型质量减少14.53%;在等质量时,重构模型相比标准模型全机柔顺度降低47.90%,并减少了44.87%的z向最大位移,拓扑优化减重和增加刚度效果显著,验证了弯曲梁构件的减重作用。研究结果可为飞翼布局飞行器结构减重优化奠定基础,建立的优化评估机制可为飞翼布局飞行器的内部结构设计提供参考。