两种超声速翼身激波阻力优化方法对比研究

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1、航空学报ActaAeronauticaelAstronauticaSinicaNov．252013V01．34No．112510．2519ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．on两种超声速翼身激波阻力优化方法对比研究关晓辉，宋笔锋，李占科*西北工业大学航空学院，陕西西安710072摘要：使用类别形状函数变换(CST)参数化方法对超声速翼身组合体的机身和机翼外形进行参数化表示，在充分利用机翼与机身之间气动干扰的基础上提出了基于远场组元的机翼和机身激波阻力协同优化(CoFCE)算法，并

2、对其计算量和优化结果同机翼和机身外形交替进行优化的扩展的远场组元(EFCE)激波阻力优化方法开展对比。研究结果表明：随着参数数量的增加，CoFCE算法的计算量更大，其优化效果明显优于EFCE算法；经过CoFCE方法优化的翼身组合体超声速巡航状态下的升阻比有大幅提高。关键词：参数化；超声速飞行器；激波；减阻；外形优化中图分类号：V211．4；V221+．92文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)11—2510—10气动效率对增加超声速飞行器航程和载荷能力有重要的意义，影响气动效率的一个重要因素就是强激波引起的激波阻力。激波阻力在亚声速飞行器巡航时并不存

3、在，在跨声速飞行器的低超声速巡航时也不是严重的问题，但却是超声速巡航飞行器设计中要着重考虑的因素[1]。超声速面积率指出，激波阻力对超声速飞行器横截面积分布很敏感，在超声速飞行器设计过程中，飞行器的横截面积分布要进行详细的设计和优化[2]。对超声速面积率的应用主要是保持机翼外形不变，对机身进行修形，使全机的横截面积分布曲线光滑，曲率变化小，降低激波阻力[3]，得到所谓的“蜂腰”外形机身。超声速巡航飞行器通常采用细长体机身外形，在翼身组合体横截面积构成中，机翼横截面积占较大比例，故从超声速面积率的观点看，对机翼进行外形优化降低翼身组合体激波阻力是可行的。Kulfan等

4、以类别形状函数变换(Class—Shape—Transformation，CST)参数化方法为基础，提出了远场组元(Far—fieldCompositeEle—ment，FCE)激波阻力优化算法对超声速翼身组合体机翼进行激波阻力优化[4。5]。FCE算法的优点在于计算过程简单、计算速度快且无需迭代卟]；其不足在于机翼外形优化过程中，保持机身不变，若将机身也进行激波阻力优化，优化结果将更加完善。关晓辉等提出了扩展的远场组元(Extend—edFar—fieldCompositeElement，EFCE)激波阻力优化算法，在机翼外形激波阻力优化后，保持优化后的机翼不变，

5、进行机身激波阻力优化，进一步降低翼身组合体激波阻力一]。这种机翼和机身外形交替进行优化的算法可能导致机身外形优化更新后，第1步中根据旧机身外形得到的优化机翼就“过时”了，不再是和新机身匹配的最佳机翼外形，使翼身组合体激波阻力优化陷入耗时的迭代收稿日期：2013—03—26；退修日期：2013-06-25；录用日期：2013—07-23；网络出版时间：2013-07-3117：13网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20130731．1713．003．html*通讯作者．Tel．：029-88495914E-mail：Iz

6、k@nwpu、edu．Ctl引用榕武lGuanXH，Son98F，LiZK．Comparativestudyoftwosuperson『cwing-bodywavedragoptimizationmethods．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34({1)：2510．2519．关晓辉，采笔锋。李占科．两种起声速翼身激渡阻力优化方法对比研究，航空学报，2013，34(¨)：25lo一2519．关晓辉等：两种超声速翼身激波阻力优化方法对比研究计算中。经过科学设计的飞行器各部件外形之间应可以在超声速飞行条件下产生有利的气动

7、干扰，例如有利的激波干扰和反射，从而达到降低阻力，甚至提高升力的目的[8]。EFCE激波阻力优化方法将机翼和机身分别作为独立的外形进行优化，虽然也考虑到了机翼和机身之间的气动干扰，但是在此方面进行的计算并不多。为充分利用机翼和机身之间的气动干扰来降低激波阻力，本文将机翼和机身作为整体，基于远场组元的思想提出了同时进行翼身激波阻力优化的协同优化(Co—optimizationbasedonFar-fieldCompositeElements，CoFCE)算法，并将该方法与EFCE方法在计算量和优化效果两方面进行了对比。本文的研究可应用于细长体外形的超声速巡航飞行器