低雷诺数旋翼翼型气动性能多目标优化

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1、研究与DOI：10．3969／J．issn．1009-9492．2015．03．008低雷诺数旋翼翼型气动性能多目标优化陆丰文，孙骅(广州大学机械与电气工程学院，广东广州510006)摘要：根据旋翼在低雷诺数下的气动特点，发展了一种基于遗传算法的低雷诺数旋翼翼型多目标优化设计方法。采用Hicks—Henne函数对翼型进行参数化处理。根据实际工况，建立旋翼翼型气动优化的数学模型。使用遗传算子与目标函数自适应方法，解决了翼型集在优化后期无法持续优化的问题。以NACA0012作为优化基准翼型，在满足预定约束的情况下，优化后的翼

2、型相比基准翼型气动性能有较大幅度提高，符合预定的优化目标。关键词：低雷诺数；旋翼翼型；遗传算法；多目标优化中图分类号：TK89文献标识码：A文章编号：1009—9492f2015)O3—0029—05Multi-ObjectiveOptimizationofAerodynamicPerformanceofRotorAirfoilwithLOW．．ReynoldsNumberLUFeng—wen．SUNHua(CollegeofMechanicalandElectrical，GuangzhouUniversity，Guan

3、gzhou510006，China)Abstract：Accordingtotheaerodynamicperformanceofrotorwithlow—Reynoldsnumber，thearticleestablishesamethodofrotorairfoil’Smuhi—objectiveoptimizationwithlow—Reynoldswhichbasedongeneticalgorithm．Inthismethod．theairfoilparameterizesbyHicks-Hennefuncti

4、onandestablishesmathematicalmodeloftheaerodynamicperformancebasedonactualconditions．Inordertosolvetheproblemwhichairfoils’Soptimizationoflatterperiodcan’tbesustained，thearticleusesamethodthatadaptivethegeneticoperatorandtheobjectfunction．NACA0012asthereferenceair

5、foil，inthecaseofsatisfyingapredeterminedconstraint，optimizedairfoilhasamoresubstantialincreaseinperformanceanditisconsistentwithpre—optjmizationgoals．Keywords：low-Reynoldsnumber；rotorairfoil；geneticalgorithm；multi-objectiveoptimization0前言雷诺数的大小会改变翼型边界层的流动状近十年来，微型

6、飞行器成为国内外无人机领态，影响流动分离，从而改变翼型的空气动力域研究的热点。旋翼型微型飞行器，相比于扑翼特性。当雷诺数较小时，由于前缘分离气泡的型与固定翼型微型飞行器，由于其良好的环境适存在、发展和破裂对雷诺数非常敏感，使翼型应性，灵活的机动能力，较高的荷载能力，受到最大升力系数随雷诺数的变化呈不确定改变，研究人员更多的关注和研究。对大部分飞行器而另外，层流附面层的阻力对雷诺数的变化同样言，机翼是飞行器产生动力的主要来源，翼型的非常敏感[1。旋翼可以看成在不同区域有着不同气动性能对飞行器而言具有决定性的影响。由于来流速

7、度的固定翼，在翼根处来流速度几乎为微型飞行器自身的特点，其雷诺数一般在10～10零；而在翼尖处，在较高转速时，来流速度甚至这个量级内，相比于常规飞行器，这是一个相当能达到亚声速，因此来流速度跨度区间大。另外低的数值。因此对于旋翼型微型飞行器而言，旋旋翼型飞行器飞行速度和风速在同一量级，风速翼翼型在低雷诺数下的气动性能优化成为改进飞的变化对飞行器的影响明显。以上两个因素会造行器飞行性能重要手段之一。成雷诺数剧烈变化，令翼型的升力、阻力不断波收稿日期：2014—11—05Il受与开发动，造成旋翼气动性能的不稳定。另一方面，翼

8、等。其中在优化设计方面，Hicks—Henne函数被型的升力系数一般随着迎角增大而增大，但运用得最为广泛。当迎角增大到一定程度后，来流空气会发生分Hicks—Henne型函数基于原有翼型的基础离，此迎角称为临界失速迎角，一般而言雷诺数上，可以在给定的范围内对所有可能出现的翼型越小，失速迎角越小。来流空气分离使得升力系