緊密編隊飛行渦流減阻機理及隊形參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、編隊飛行是自然界中大型鳥類在長途遷徙中常用的方式。人類很早就注意到了這一現(xiàn)象，早在一個世紀前，國外學者就使用升力線理論對三只鳥的編隊飛行做了分析，指出鳥類編隊飛行具有空氣動力學上的優(yōu)勢。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，編隊飛行在人類飛行活動中出現(xiàn)得越來越頻繁，如戰(zhàn)斗機編隊飛行，運輸機編隊飛行。最典型的編隊飛行方式是空中加油過程。在日益追求燃油經(jīng)濟性和環(huán)保性的今天，除了不斷提高飛機的氣動性能外，人們將目光轉(zhuǎn)向了仿生學——利用編隊飛行進行節(jié)能和增加航程

2、。國外在這方面進行了許多理論和實驗研究，主要是線性理論分析和位勢流計算、低速風洞實驗以及飛行實驗，對編隊飛行的減阻機理有了較深的認識。但目前國內(nèi)這方面的研究還較少，主要集中在編隊飛行控制方法研究方面，使用的是位勢流模型，對編隊飛行的減阻機理研究較少，編隊隊形參數(shù)的獲取也十分粗糙。
　　本文研究了長機尾渦流與僚機的氣動耦合作用，深入分析了編隊飛行對僚機的減阻機理;建立僚機氣動力系數(shù)的響應(yīng)面模型，以僚機相對長機的位置參數(shù)為自變量，以僚

3、機的升阻比為目標函數(shù)，對僚機位置參數(shù)做優(yōu)化研究;利用響應(yīng)面模型分析了位置參數(shù)對僚機升阻比的影響，在典型站位進行了位置參數(shù)的穩(wěn)定性分析;開展了低速風洞測力實驗和PIV流場測量實驗，對位置參數(shù)的影響規(guī)律進行了驗證。主要內(nèi)容如下:
　　1.用位勢流的方法，將長機的尾渦流簡化為一對向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)的半無限長渦絲，以僚機相對長機的位置參數(shù)為自變量，采用奧森渦模型計算僚機位置的誘導速度，獲得僚機的有效迎角，建立僚機升力、阻力增量模型。通過該模型分

4、析了位置參數(shù)對升力和阻力的影響，并與文獻實驗結(jié)果進行了比較。
　　2.利用CFD方法對飛翼構(gòu)型的單機尾渦流演化過程進行研究，分析其尾渦流的特點。在此基礎(chǔ)上，對飛翼構(gòu)型的三機領(lǐng)頭模式編隊飛行做氣動耦合計算，探討編隊飛行的減阻機理。
　　3.采用網(wǎng)格變形技術(shù)實現(xiàn)隊形參數(shù)的改變，建立僚機氣動力系數(shù)隨位置參數(shù)變化的Kriging響應(yīng)面模型，利用基于EI函數(shù)的EGO優(yōu)化方法尋找僚機氣動性能最佳的位置，基于Kriging模型對僚機的位置