基于任意空间属性FFD技术的融合式翼稍小翼稳健型气动优化设计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252013V01．34No．137．45ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．educrthkxb@buaa．edu．ca基于任意空间属性FFD技术的融合式翼稍小翼稳健型气动优化设计黄江涛1’2，高正红1’*，白俊强1，赵轲1，李静1，许放11．西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室，陕西西安7100722．中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳621000摘要：以非均匀有理B样条基函数为空间控制体属

2、性，建立了任意空间形状自由变形(FFD)技术参数化方法。所建立的气动外形参数化系统通过FFD控制体的分布以及控制顶点的合理选取，能够对任意复杂外形进行参数化设计。首先采用FFD控制体对某型客机翼稍小翼进行空间属性构建；然后结合基于Delaunay图映射技术建立了结构对接网格变形模式，采用分群粒子群算法以及误差反向传播训练算法(BP)神经网络进行稳健型气动优化系统的构建；最后对某型客机融合式翼稍小翼的后掠角、倾斜角和高度等参数进行稳健型气动优化设计，分析对比了优化前后翼梢小翼表面压力云图、截面压力分布及载荷分布。优化设计结果表明：设计

3、后的翼稍小翼的升阻比与阻力发散特性明显提高。关键词：翼稍小翼；FFD技术；稳健型设计；BP神经网络；Delaunay图映射；粒子群算法中图分类号：V211．4文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)01—0037—09对于大型运输机及客机来说，在巡航状态下飞机的诱导阻力约占全机总阻力的40％，减小飞机的诱导阻力，对于节约油耗和飞机运行成本具有重要意义。例如：伊尔96—300、空客330和空客340通过翼稍小翼与机翼联合载荷气动优化，可以降低巡航阻力5％左右[1]。在翼稍小翼的外形设计中，高度、后掠角、尖削比、倾斜角、安

4、装角及扭转角为翼稍小翼的重要设计参数。其中：后掠角决定了翼稍小翼的超I临界特性；倾斜角决定了机翼翼尖根部与小翼的干扰以及弯矩；高度决定了小翼产生的升力从而决定了小翼能否产生合理的推力分量。传统设计方法通过在Trefftz平面基于Munk理论和诱导阻力分析，沿展向在机翼上布置离散涡定出环量分布最小化诱导阻力。对于跨声速飞行来说，流场具备高度非线性特点，利用传统非平面三维位流涡格法进行气动设计精度较低，且所应用参数化方法无法精确描述翼稍小翼。文献[2]～文献[5]对翼稍小翼的气动优化进行了研究，获取了一定的研究成果，但在翼稍小翼参数化方

5、法以及稳健设计方面须进一步研究。对于融合式翼稍小翼来讲，在优化设计过程中要保证小翼与机翼光滑过度的特性，这就对气动外形参数化方法提出了要求。随着计算机的飞速发展，利用先进参数化方法以及数值优化进行气动设计逐步发挥着越来越大的作用。基于此，本文采用任意空间形状自由变形(Free—FormDeformation，FFD)技术对翼稍小翼收稿日期：2012-01-11：退修El期：2012-02-28；录用日期：2012·03-13；网络出版时问：2012—04·1710：02网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／1

6、1．1929V．20120417．1002004htmI*通讯作者Tel．：029—88495971E-mail：zgao@nwpu．educrl戤用格式lHuangJT．GaoZH，BaiJo，etal．StudyofrobustwingletdesignbasedOnarbitraryspaceshapeFFDtechnique．ActaAeronau-ticaetAstronauticaSinica。2013．34(1)：37-45黄江涛．高正红，白俊强．等．基于任意空阊属性FFD技术的融合式翼稍小翼稳健型气动优化设i十航空学

7、撮，2013，34(1)：37-45．航空学报进行参数化建模，利用误差反向传播训练算法(BP)神经网络进行气动特性代理模型的训练学习，应用Delaunay图映射技术进行空间网格变形，结合分群粒子群算法构建了翼稍小翼优化设计系统，对某型客机翼稍小翼进行了优化设计。1任意空间FFD参数化方法建立了任意空间FFD技术，且所建立的FFD技术可以保持变形物体任意阶的导矢连续性，可整体、局部使用，采用非均匀有理B样条进行任意物理空间属性构建，即建立任意物理空间与参数空间R3一R勺的映射函数x—F(z)，其中z为参数空间逻辑坐标，x为物理空间坐标

8、使模型的构造具备直观性、交互性以及透明性。对于局部变形来说，为保持切矢以及曲率连续，对FFD空间拓扑以及控制要求更严格，为解决复杂构型的FFD空间构建，本文研究并建立了多区域、分离／对接形式的FFD空间变形技术，可以对任意FFD空间进