为改善CRM机翼在偏离巡航点阻力系数迅速增大的问题,同时为得到更加稳定的阻力发散特性,在满足工程实际的气动约束和几何约束条件下,基于RANS方程及其离散伴随方程、FFD几何参数方法、线弹性网格变形方法以及SNOPT梯度优化算法等,对其进行单点、多权重两点以及多点优化设计。结果表明:不同优化策略下优化后机翼在主设计点处阻力系数较初始构型均有不同程度降低,经多点优化后机翼的巡航马赫数提高,且阻力发散特性的鲁棒性得以提高。

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%。

涡波一体宽速域乘波飞行器通过在低速引入涡效应,显著改善了传统乘波体在低速状态下的升阻特性,具有在未来宽速域空天飞行器总体气动设计当中得到广泛应用的巨大潜力.但是,该设计方法的研究尚不完善,特别是在基准流场建立过程中忽略了三维效应、低速效应、黏性效应以及头部/前缘的钝化效应,因此其高低速气动特性均有优化设计的空间.针对此问题,本文结合高保真RANS求解器、自由变形参数化方法、鲁棒的结构网格变形方法、离散伴随方法以及序列二次规划算法,发展了基于离散伴随的宽速域飞行器气动优化设计方法.基于上述方法,针对涡波一体乘波飞行器开展了兼顾低速与高超声速气动性能的三维整机气动优化设计研究,获得了宽速域优化构型并对其进行了流动机理分析.结果表明,相较于初始构型,宽速域优化构型可以将飞行器高超声速状态下...

针对跨声速宽体客机机翼、机身、短舱、挂架、平尾、垂尾全机构型中各部件之间存在的气动干扰和力矩耦合问题,采用多块拼接自由变形(FFD)方法进行全机多部件的参数化,利用雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)进行流场求解,结合离散伴随技术和序列二次规划优化算法进行考虑短舱安装参数变化和平尾配平的气动外形优化设计。经过优化之后,短舱附近机翼的压力分布形态变光顺,设计点阻力减小3.82%,并且获得了无激波的压力分布形态。

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。