基于CFD方法的大型客机高速气动设计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252016VoI37No．1244．254ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．onhkxb@buaa．edu．cn基于CFD方法的大型客机高速气动设计张淼1’*，刘铁军1，马涂亮1，陈迎春2，程攀1，周峰11．上海飞机设计研究院，上海2012102．中国商用飞机有限责任公司，上海200120摘要：大型客机高速气动设计需融人型号的设计经验、准确的数值分析方法以及高效的全局优化流程。将型号研制积累的设计经验及准则

2、与现有数值计算工具、优化算法和计算机硬件资源相结合，探索发展了基于CFD的大型客机气动优化设计综合方法，该方法系统综合全局优化与局部寻优、人工经验与数值优化、参数化方法和参数控制以及自动化网格生成等方法和技术，大幅提升了气动设计效率。同时，完善了工程中实用的大型客机高速气动设计方法和流程，设计过程中融人了气动、结冰、静气动弹性等多专业的综合约束，反映了机翼设计多学科综合的本质特征，有助于形成综合最优的设计方案。以大型客机的超临界机翼优化设计为例，叙述了其在高速气动设计工作中的应用。关键词：大型客机；气动设计；超临界机翼；CFD；多专业中图分类号：

3、V221．4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)01—0244—11长期以来，世界的大型客机市场主要由波音和空客两大巨头集团所垄断。飞机的气动设计是飞机设计最基础、最核心的技术之一。为使大型客机的气动设计水平赶超国外两大航空工业巨头，一方面必须具备先进的气动设计思想，另一方面还必须发展先进的气动设计手段和流程。然而，气动设计技术作为民机的核心技术，一直受到国外严密的技术保密和封锁。中国航空工业很难获得国外飞机公司真正的设计思想，也难以引进他们实际型号中使用的设计软件。唯一的办法是依靠国内自己的力量，在深入理解与大型客机典型流动现

4、象相关的科学问题基础上，在实践中摸索设计经验，提炼设计思想，发展设计手段，提升气动设计能力，在市场上提高产品竞争力。民用飞机研制是一个复杂工程，是多学科、多专业和多系统的综合集成。飞机气动设计对飞机的综合性能具有全局性的影响，其中高速巡航构型的气动设计是飞机研制过程中最重要和关键的技术工作。高速气动设计的主要任务包括翼型、机翼、垂平尾、机头、机身和后体等部件的设计；同时还有机翼、吊挂和发动机一体化、整流罩、融合式翼梢小翼等的优化设计。高速巡航状态气动设计的主要目的是在满足功能性的前提下，不断提高飞行效率，降低巡航飞行阻力。气动设计是一个多学科、多

5、目标和多约束互相迭代设计的复杂过程。为了保证最终气动设计方案的工程可用性，在气动设计的过程中，还需要不断与其他专业开展迭代设计。同时，气动设计自身也是一个多约束、多目标的设计过程。中国通过ARJ21—700和C919两大民机型号的研发工作，初步建立和完善了大型客机高速气动设计的方法和流程。本文在梳理和总结飞机总体需求的基础上，收稿日期：2015—10—22；退修日期：2015—11—03；录用日期：2015-12—05；网络出版时间：2015—12—0910：29网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929V20

6、151209．1029．006．html*通讯作者．Tel．：021·20865760E-mail：zhangmiao@comacCC引用格武i张淼．刘铁军．马涂亮，等．基fCFD方法的大型客机高速气动设计!J]i航空学报．2016。37(1)：244-254．ZHANGM．Llu7IJ，MATL，eta1．HighspeedaerodynamicdesignoflargeciviltransporterbasedonCFDmethodEJJActaAeronauticaetAs—tronauticaSinica，2016，37(1)：244—2

7、54．张淼，等：基于CFD方法的大型客机高速气动设计全面提炼型号气动力设计的需求，结合对所选飞机构型流动问题的深人理解，综合现有计算流体力学(ComputationalFluidDynamic，CFD)分析工具、优化算法和计算机资源，并运用型号研制经验，探索和建立了工程实用的气动设计方法和流程，并已应用于民用客机的气动设计工作。1气动设计方法概述目前气动设计的主要手段可分为理论分析、计算流体力学、风洞试验和飞行试验。众所周知，随着计算机软硬件技术和数值计算方法的不断发展，CFD在气动分析和设计上的应用越来越广泛，手段也越来越精准。近30年来，波音

8、公司的CFD分析方法有了巨大飞跃，从面元法、全速势方法、欧拉方法到Navier—Stokes方法。Johnson等[1]对波音公司的CF