在前期研究的基础上,将三维轴流式透平叶栅参数化方法发展为基于非均匀有理B样条(NURBS)技术的新型叶栅参数化方法。此方法在对叶栅型线进行NURBS曲线拟合的同时,将叶栅各截面重心及安装角也纳入参数化范围,大大扩展了优化设计空间。基于此,应用离散伴随气动优化设计系统,对Aachen第一级静叶栅在无粘、大负攻角流动条件下,以降低叶栅进出口总压损失为目标进行了全三维气动优化设计。优化后叶栅总压系数提高了1.64%,通道内的流动分离状况得到了有效改善。此外,对优化过程是否添加质量流量约束进行的研究表明,约束条件对优化效果有较大影响,实际应用中应根据需要进行具体的优化设置。

通过建立18个参数的参数化模型,并开发了基于遗传算法的全局优化方法,展开带内流的车身气动优化,获得了气动阻力系数为0.261的低阻优化外形.比较最优车身的仿真和试验结果发现,气动阻力系数仅相差4%,表面压力系数和不同截面速度分布趋势相同、量值相差较小,表明所采用数值仿真方法是正确、可行的.利用本征正交分解对车身尾部截面流场进行能量分解发现,前9阶模态占总能量的54.5%;能量占比最高的1阶模态呈现出尾部拖曳涡的形态,并且拖曳涡的涡核位置不随时间变化而变化.建立了带内流的全局优化方法,获得了经试验验证的带内流低阻车身,为相关产品开发提供借鉴方法和外形参考.

使用遗传算法开展带内流的车身多参数气动优化,寻找气动性能优异的车身外形。三厢轿车气动阻力系数C_d和进气量的试验和数值仿真结果误差分别约为7%和6%,表明所采用的数值仿真方法正确。比较内流简化模型与真实模型得到进气量和速度云图,可以发现两者差异较小,可以采用内流简化模型进行气动优化。选取车身表面6个关键参数,建立带内流的参数化模型,基于轮盘赌选择法和Taguchi方法的遗传算法开展气动优化,得到了气动阻力系数为0.298的优化模型。对比原始模型与优化模型可以发现,优化模型尾部行李箱盖倾角和离去角均向内收缩。本文所建立的内流简化方法和多参数气动优化方法可为相关车型气动开发提供参考。

为研究城市轨道列车气动特性以及底部部件对列车气动特性的影响,针对三节车模型进行简化,保有底部部件较高完整性,采用Realizablek-ε湍流模型预测列车周围流场。数值计算结果表明列车气动阻力分布呈现出尾车阻力最大,占三节车总阻力的48%;中间车阻力最小,占总阻力的14%。其中转向架分别占头车、中间车和尾车总阻力的15.1%,56.4%和23.0%。车底设备分别占头车、中间车和尾车总阻力10.5%,10.3%和8.6%。因此对于头车、尾车采取减阻方案首先是采用流线型头型的方式减少流动分离现象。对于中间车减阻方法则要首先针对底部部件,采取密封舱的方式减少其产生的压差阻力。通过优化列车头型发现列车气动特性得到明显的改善,其中列车头车、中间车和尾车阻力分别为原始情况下的61.4%,70.1%和58.3%。在流线型外形基础上进一步稳定列车底部区域流场也有效改善...

增升装置设计作为大型客机设计的关键技术之一,其设计水平的提升将极大提高飞机的整体性能。虽然先进增升装置方案朝着简单形式发展,但其设计目标将结合气动、机构、结构、噪声等复杂考虑因素,以达到最优的综合性能和提高飞行的安全性、经济性和舒适性,是个高难度多学科多约束耦合的设计问题。结合气动优化、机构设计、一体化研究等多方面增升装置设计难点进行论述,并提出相应解决方案,最终完成气动/机构一体化设计。分别回顾了干净构型到巡航构型的外形设计方法;起降构型的气动评估、优化方法;增升装置位置表达方法和机构设计研究现状。最后阐述了气动/机构一体化设计方法的思想,总结了国内外在该方向所进行的研究和取得的成果。

分别介绍国内外相关优化软件系统的功能特点,指出面对飞行器优化设计存在的不足。对目前飞行器优化设计流程中的各个技术环节进行了介绍,并着重阐述了面向飞行器的优化系统在软件需求、数据组织、数据可视化、高性能计算、流程集成等方面的技术经验和方法,而且对这些方法在实际研究项目中的应用情况进行了阐述。在此基础上从软件的工程实用性、可行性性等方面进行了分析,并对后续发展做了展望。

为研究分体三箱断面主梁桥梁的抗风性能并提出有效的气动优化措施,基于某公铁两用分体三箱断面主梁大跨度斜拉悬索协作体系桥梁,开展了不同风攻角、不同紊流度流场以及5种不同气动措施下的节段模型风洞试验。结果表明,箱体分离会使主梁断面颤振临界风速大幅提高,但会造成箱体间流场的复杂化从而带来涡激振动(VIV)问题。成桥状态原始断面0°、±3°攻角下均发现了扭转VIV,最大扭转振幅1.238°;颤振临界风速均高于97.3 m/s。桥面抑流板、不同检修轨道位置及梁底导流板3种措施对扭转VIV抑制效果不理想;箱体间隙处加装均布纵向格栅可有效抑制扭转VIV,且透风率越小优化效果越明显,但透风率小于23%的格栅会造成颤振临界风速的下降;10%透风率格栅与下中央稳定板组合措施在完全抑制扭转VIV的同时保证了桥梁的颤振性能。基于计算流体动力学(CFD),得到...

发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性优化结合,提出兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化策略。首先,概述了伴随方程梯度求解和提出的基于信号射线方法的近场过压提取及目标过压装配过程,并验证了优化流程中近场信号及地面波形预测的准确性。其次,针对超声速民机标模,开展了低阻优化、近场低声爆反设计、兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化三种策略的对比研究,结果表明兼顾气动和近场声爆特性优化策略的伴随优化在综合提升气动和低声爆特性上表现更优。最后与文献中相同算例的优化结果进行对比分析,进一步证明了该优化策略在超声速...

减小配平损失对提高飞翼布局升阻比和提升飞行控制能力具有重要意义,因此基于离散伴随优化方法研究静稳定裕度对跨声速飞翼布局减阻优化的影响,分别开展10%、0%、-10%三种静稳定性设计工况的优化研究。采用自由变形(FFD)方法对非结构表面网格进行参数化,以FFD控制点为设计变量,通过求解流场和伴随方程得到灵敏度信息;采用序列二次规划(SQP)算法获得控制点位移的梯度,经过多轮迭代得到优化构型。结果表明在几何厚度和力矩配平的约束下,离散伴随优化方法可以显著提升飞翼布局的最大升阻比,三种工况下最大升阻比提高都在8%以上;随着静稳定裕度的减小,定升力系数优化的巡航升阻比增量有所减小,当静稳定裕度为10%时巡航升阻比提高了5.08%。

利用NUMECA软件对一离心风机的孤立叶轮进行气动优化研究，将原始叶片的叶型中弧线进行优化，以提高叶轮的绝热效率。共进行了3种不同方式的优化，采用单一变量法对不同优化方式的优化效果进行了比较分析。优化后，绝热效率都有不同程度的提高，有效地削弱了流动分离，减小了流动损失，流况得到不同程度的改善，表明以数值气动优化来提高叶片气动性能的方法是有效的。不同优化方式的优化效果不同，表明参数化方式以及优化工况点的选取对优化效果有重要影响。