基于RBF动网格方法和改进粒子群优化算法的多段翼型优化

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSjnicaDec，252013VoI-34No。122701—2715lSSN1000—6893CN11．1929／VhttD：∥hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于RBF动网格方法和改进粒子群优化算法的多段翼型优化白俊强1一，刘南1，邱亚松1，陈迎春2，李亚林2，周涛21．西北工业大学航空学院，陕西西安7100722．中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究所，上海200232摘要：采用经风洞试验验证的计算流体力学(cFD)方法和网格生成策略，对Bezier曲线、B样

2、条曲线参数化方法、粒子群优化(PS0)算法以及径向基函数(RBF)动网格技术在二维多段翼型设计中的应用进行了研究。通过对比研究Bezier曲线和B样条参数化方法可知，B样条曲线在描述能力和局部支柱特性等方面优于Bezier曲线。利用3个复杂函数对Ps0算法进行测试，结果表明：改进的Ps()(MPs0)算法在收敛速度方面明显优于标准Ps0算法，且收敛结果也优于标准Ps0算法。同时建立了鲁棒性高、耗时短且适用于多段翼型优化的RBF动网格方法。运用MPs0算法分别对两段翼型和三段翼型进行了优化设计，提高了设计多段翼型的最大升力系数和失速迎角。两段翼型的最大升力系数增加量分

3、别为4．1％(Bezier参数化方法)和4．46％(B样条参数化方法)，三段翼型的最大升力系数增量为6．74％。对于本文的算例，B样条参数化方法明显优于Bezier曲线，同时也证明了本文所建立优化流程的可靠性。关键词：多段翼型；计算流体力学；参数化方法；粒子群优化；动网格方法中图分类号：V211．3；V211．4文献标识码：A文章编号：lOoO一6893(2013)12—270l15对于一架民用运输机而言，高效的增升装置能够显著提高全机起降性能，从而改善全机的经济性，降低飞机的运营成本。波音公司的Garner等[1o认为，对一架典型的双发喷气式运输机，在同一迎角下升

4、力系数增加o．1相当于进场迎角减小10，即可缩短起落架而使飞机质量减小635kg；在同一进场速度下，最大升力系数增加1．5％相当于载重量可增加3000kg；起飞状态的升阻比提高1％相当于载重量可增加1270kg或航程增加约280km。作为三维增升装置设计的基础，二维增升装置即多段翼型的设计是极其重要的一环。近年来，随着计算流体力学(CFD)技术和先进优化算法的广泛应用，二维多段翼型优化设计已成功应用于工程实践中，例如第二届欧洲高升力计划中KH3Y构型的剖面设计心]以及A380飞机增升装置剖面设计[31均采用了优化设计的方法。但是目前国内外有关增升装置优化设计的工作和

5、研究主要集中在缝道参数或者无约束外形优化方面H。9J，Tang[4]、wan枣51和Eyi跚等是在保持三段翼型的外形参数不变的前提下，对其缝道参数进行优化；Benini等L60使用多目标进化算法对三段翼型的起飞和着陆状态的气动特性进行优化，但是采用的Bezier曲线参数化方法无法准确满足襟翼弦长、缝翼弦长等几何约束，而在工程实际中设计多段翼型时必须满足这些约束以保证飞机的前后梁约束；蔡锦阳口1使收稿日期：2013—01—06；退修日期：2013—03—07；录用日期：2013—04—28；网络出版时间：2013—07—0217：00网络出版地址：www．cnki．n

6、et／kcms／detail／11．1929．V．20130702，17Q0．002．html基金项目：国家级项目*通讯作者．TeJ：029—88492174E—malI：junqiang@nwpueducn朝用格武：BaiJQ．LiuN．QjuYs，eta

7、．optlmizationofmuill—fo¨basedonR8FmeshdeformationmemodandmodifledDart

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9、eswarmop—timlzationa

10、gorithmActaAerona“lIcaetAstronauticasinica，2013，34(12)：270

11、一271

12、5．白俊强，翘南．邱亚松．等基于R8F动两格方法和改进粒子群优化算法的多段翼型优化．航空学报，2013，34(12)：2701．2715航空学报用伴随方法对二维多段翼型进行优化，虽然可以直接对翼型数据点进行优化，但是得到的最优构型会出现不光滑的现象，文中也推荐采用商用软件CATIA中的修型模块对曲线进行光顺；vanDa“8]主要介绍了在机构和轨迹约束下的二维多段翼型设计，对其参数化方法和动网格等介绍不多。本文针对这一现状，分别对Bezier和B样条曲线参数化方法进行研究，在几何约束下进行多段翼型的参数化处理，然后建立一种鲁棒性高、耗时短且适用于多段翼型优化的径向