CFD在概念-初步设计阶段三维气动外形优化中的应用

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1、第５卷第４期航空工程进展Vol畅５No畅４２０１４年１１月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGNov．２０１４文章编号：１６７４‐８１９０（２０１４）０４‐４４１‐０７CFD在概念－初步设计阶段三维气动外形优化中的应用１１２李珺，杨永，顾祥玉（１．西北工业大学航空学院，西安７１００７２）（２．德国宇航院飞机运输系统研究所，汉堡２１０７９）摘要：在飞行器概念－初步设计阶段，建立基于CFD的气动优化链对于提高优化计算的效率具有较好的工程应用价值。使用德国宇航院开发的

2、CPACS数据格式给出飞行器平面形状，结合NURBS翼型参数化方法对飞行器几何外形进行参数化；自动生成计算网格并求解Euler方程数值模拟流场以评估参数化气动外形的气动特性，进而构建响应面模型；使用SQP梯度算法搜索响应面模型以获取满足约束的最优解。以OneraM６机翼为例，对该优化链进行验证。结果表明：在满足约束的条件下，基于CFD的气动优化链能够成功地进行气动外形优化。关键词：CPACS；气动优化；NURBS；几何外形参数化；响应面模型；CFD＋中图分类号：V２２１．３文献标识码：AApplicationo

3、fCFDinThree‐dimensionalAerodynamicOptimizationatConceptualandPreliminaryDesignStage１１２LiJun，YangYong，GuXiangyu（１．SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an７１００７２，China）（２．AirTransportationSystemsInstitute，GermanAerospaceCenter，Hambrug２１０７９

4、，Germany）Abstract：AnaerodynamicoptimizationchainbasedonCFDisofgreatsignificanceforconceptualandprelimina‐rydesign．ThecombinationofNURBS（Non‐UniformRationalB‐Splines）parameterizationmethodandCPACS（CommonParametricAircraftConfigurationSchema）dataformatdevelope

5、dbyDeutschesZentrumfürLuft‐undRaumfahrt（DLR）cansuccessfullydescribetheparameterizedconfigurationoftheentireaircraft．ThegridsforcalculatingtheEulerequationsareautomaticallygeneratedandtheaerodynamiccharacteristicsofparameterizedaerodynamicshapeareevaluated．Th

6、entheresponsesurfacemodel（RSM）isbuilt．BasedonRSMtheSQP（Se‐quentialQuadraticProgramming）gradientalgorithmissoughtundersatisfyingconstraints．AnOneraM６wingischosentovalidatetheoptimizationchain．Theoptimizationresultsindicatethatunderconditionsofconstraint，aerod

7、y‐namicconfigurationcanbeoptimizedsuccessfullybyanaerodynamicoptimizationchainbasedonCFD．Keywords：CPACS；aerodynamicoptimization；NURBS；parameterization；responsesurfacemodel；CFD动特性。但是对于非常规布局飞机的总体设计，没0引言有或只有很少的同类型飞机数据可以借鉴，已有的［１］气动特性估算公式并不适用，导致传统的设计方在传统飞机总体设计中，通

8、常根据经验公式或法难以应用于非常规布局飞机的总体设计。因此，工程估算方法来初步确定总体参数。例如，在总体对于非传统布局的飞行器必须探索更有效的设计初步设计阶段，一般采用工程估算的方法来预测气方法，即从基于经验数据的低精度分析方法转向基于物理模型的高精度分析方法。收稿日期：２０１４‐０２‐２４；修回日期：２０１４‐０３‐１２随着计算机技术的快速发展，计算流体力学通信作者：李珺，lijun