亚声速翼身融合无人机概念外形参数优化

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1、航空学报May252014V01．35No．51200—1208ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／caISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：#hkxbbuaaedu．cnhkxb@buaaedu．CB亚声速翼身融合无人机概念外形参数优化邓海强1，余雄庆2H1．南京航空航天大学无人机研究院，江苏南京2100162．南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点实验室，江苏南京210016摘要：为了兼顾翼身融合(BWB)布局无人机(UAV)的气动、隐身和结构重量要求，应用优化方法研究了某亚声速翼身融合无人机概念方案的外

2、形设计问题。外形优化设计流程包括全机参数化几何外形模型、气动分析、机翼根部弯矩计算、雷达散射截面(RCS)分析、代理模型的建立和外形参数优化计算。选择了三种不同优化目标研究翼身融合无人机外形优化问题：①未配平状态升阻比最大；②配平状态升阻比最大；③配平状态升阻比尽量大和机翼弯矩尽量小。通过优化结果的对比分析，揭示了配平约束和机翼弯矩目标对优化设计结果的影响。研究结果表明：计入配平约束能够有效提高配平升阻比；将配平状态升阻比尽量大和机翼根部弯矩尽量小作为优化目标能够获得合理的优化外形。关键词：翼身融合布局；无人机；优化；配平阻力；机翼弯矩中图分类号：V221．3；

3、V279文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)05—1200—09翼身融合(BlendedWingBody，BWB)布局飞机的机翼与机身融合为一个整体，大幅减小了全机的湿面积，降低了摩擦阻力和部件间的干扰阻力，具有升阻比高、隐身性能好的特点，不仅是未来民用客机有可能采用的气动布局型式El4]，也是一种比较理想的无人机(UAV)气动布局型式，已应用于X一47、RQ一170和“神经元”等无人机机型。翼身融合无人机外形设计方法主要是从气动和隐身一体化设计角度开展研究。文献[5]～文献ET]基于位流分析方法和物理光学法，构建了翼身融合布局无人机的气动与隐

4、身一体化设计环境，采用多目标遗传优化算法对无人机平面形状、剖面形状进行了优化，提高了巡航升阻比，降低了前向雷达散射截面(RadarCrossSection，RCS)。文献[8]分析了气动和RCS计算精度对优化结果的影响。文献E9]基于求解Navier—Stokes方程和电磁学微分方程的高精度数值分析方法，采用多目标遗传优化算法和响应面模型方法对类似X一47布局的无人机气动／隐身一体化设计进行了研究，提高了优化结果的可信度。文献[10]研究了气动／隐身一体化设计中的参数化计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)建模，以及气动分析模型和RCS

5、分析模型自动生成的方法。目前翼身融合外形优化设计主要关注如何提高优化方法的搜索能力和效率或者如何提高气动和隐身特性计算的精度，却忽视了翼身融合外形设计中要考虑的一些实际问题。这些优化设计方法主要存在两个缺陷：一是，气动分析仅计算操纵面未偏转时布局的气动特性，以干净构型在设计升力系数下的俯仰力矩为约束进行优化，在优化收稿日期：2013一07—08；退修日期：2013-09—09；录用日期：2013—10-12；网络出版时间：2013—12一0411：23网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929V20131204．1123002ht

6、ml基金项目：国防基础科研计划(A2520110006)i中央高校基本科研业务费专项资金(NJ20130001，NZ2012014)*通讯作者．Tel．：025—84892102E-mail：yxq@nuaaeducn引恿罄武lDengHQ，YuXQ．ConfigurationoptimizationofsubsonicblendedwingbodyUAVconceptualdesignEJJ．ActaAeronauticaetAs—tronauticaSin，ca，2014，35(5)：1200-1208÷砷海强．余雄寡，亚声速翼身融合无人枧概念外形参数优化t

7、Jj．航空学辍，2014，35(5)：1200—1208，邓海强等：亚声速翼身融合无人机概念外形参数优化计算中未考虑配平阻力的影响。由于翼身融合布局无水平尾翼，与常规布局相比，用于配平的操纵面与重心距离近，操纵效率低，若外形优化时不考虑配平要求，可能会引起配平阻力较大的问题，导致配平状态下升阻比大幅降低。二是，优化设计中未考虑气动力引起的机翼根部弯矩影响，导致优化结果展弦比较大，增加了结构重量。本文针对目前翼身融合无人机概念外形优化设计中存在的缺陷，研究一种考虑了配平约束的多目标(升阻比尽量大、机翼根部弯矩尽量小)的外形优化设计方法，目的是为翼身融合无人机外形优

8、化设计提供一种更合理的方