基于守恒型嵌合體技術(shù)的民機(jī)三維增升裝置氣動遺傳優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、增升裝置的氣動性能的細(xì)微改變可能會造成飛機(jī)操縱性能以及氣動效率的顯著變化，從而直接影響到飛機(jī)的運營成本，因此增升裝置的設(shè)計在飛機(jī)設(shè)計過程中占有重要地位。
　　 本文以目前在研的民用大型客機(jī)為背景，圍繞三維增升裝置氣動分析及設(shè)計問題，重點開展了三維增升裝置復(fù)雜網(wǎng)格自動化生成、流場建模及數(shù)值求解以及多段翼型和三維增升裝置的遺傳優(yōu)化設(shè)計等內(nèi)容。研究表明所獲得的最終優(yōu)化構(gòu)型較于初始構(gòu)型，在保證升阻比L/D的前提下，其最大升力系數(shù)CLma

2、x有明顯提高。
　　 具體而言，本文研究工作及研究成果包括如下幾個方面：
　　 (1)由于低速繞流特性，使得流場控制方程的剛性大大增強(qiáng)，導(dǎo)致計算收斂性能大大削弱。本文通過在控制方程時間導(dǎo)數(shù)項左乘Turkel預(yù)處理矩陣，詳細(xì)推導(dǎo)了適用于不同時間推進(jìn)格式以及空間離散格式的低速預(yù)處理過程。研究表明上述處理方式有效改善了控制方程在低馬赫數(shù)計算時所面臨的系統(tǒng)剛性和條件數(shù)等問題，起到了加速收斂的作用。
　　 (2)在對增升裝

3、置縫道參數(shù)進(jìn)行遺傳優(yōu)化過程中，許多部件不用發(fā)生改變，只有前后緣裝置相對主翼有個相對運動，因此嵌套網(wǎng)格十分適用。本文針對增升裝置特殊的幾何構(gòu)型，采用嵌合體技術(shù)和雙曲型網(wǎng)格生成方法對每個部件網(wǎng)格進(jìn)行單獨生成。針對某些非常復(fù)雜的幾何部位，如襟翼艙網(wǎng)格、剪刀差以及翼尖端面處的網(wǎng)格等，本文采用點對點搭接的方式進(jìn)行處理。通過對二維多段翼型及三維復(fù)雜增升構(gòu)型的具體網(wǎng)格生成，研究表明以上方式可以有效降低三維增升裝置網(wǎng)格生成的復(fù)雜度，同時所獲得的貼體結(jié)構(gòu)

4、化網(wǎng)格具有較高的網(wǎng)格質(zhì)量。根據(jù)以上設(shè)計思路，本文開發(fā)了基于嵌合體技術(shù)的三維增升裝置復(fù)雜網(wǎng)格自動化生成軟件HLGRID3D，并將其應(yīng)用于后續(xù)的優(yōu)化過程中。
　　 (3)傳統(tǒng)嵌合體技術(shù)在各子域流場信息交互過程中未能保持全場通量守恒的特性。為克服以上問題，本文采用具有全場質(zhì)量通量守恒特性的MFBI2算法，改進(jìn)發(fā)展了傳統(tǒng)嵌合體技術(shù)，同時根據(jù)預(yù)處理過程所獲得的結(jié)論，針對通過HLGRID3D軟件所獲得的網(wǎng)格，自主開發(fā)了對應(yīng)的計算程序，并基于

5、該程序求解了多個典型的二維及三維增升裝置的復(fù)雜流場。研究表明基于具有質(zhì)量通量守恒特性的嵌合體技術(shù)所獲得的計算結(jié)果精度優(yōu)于基于傳統(tǒng)嵌合體技術(shù)所獲得計算結(jié)果。
　　 (4)為保證三維增升裝置起飛著陸狀態(tài)下的安全性能，本文對三維增升裝置大迎角下的升力系數(shù)為目標(biāo)，以升阻比作為優(yōu)化約束條件，對最大升力系數(shù)CLmax進(jìn)行了分段遺傳優(yōu)化設(shè)計。在優(yōu)化過程中，為提高優(yōu)化效率，加速優(yōu)化收斂過程同時克服標(biāo)準(zhǔn)遺傳優(yōu)化時出現(xiàn)的Hamming懸崖問題，本文