直接操作FFD技术在翼型气动优化设计中的应用

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1、第43卷第l期2013年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．1Jall．2叭3直接操作FFD技术在翼型气动优化设计中的应用陈颂1，白俊强1，华俊2，孙智伟1(1．西北工业大学航空学院，陕西西安710072；2．中国航空研究院，北京100012)摘要：几何外形参数化技术在飞行器的气动外形优化设计以及多学科优化设计中是影响其结果和效率的重要因素之一。针对自由变形技术(FFD)无法直接操纵几何外形表面指定点位移的局限性，开展了直接操作FFD技术在翼型参数化及翼型气动优化设计中的应用研究。建立了由

2、翼型表面控制点的位移反求各个FFD控制点位移的求解模式，有效地降低了高阶FFD控制体进行翼型参数化的参数个数，并且具备直接操纵翼型几何外形的能力，更具物理直观性。运用该技术对于跨音速翼型进行了气动减阻设计，显著减小了设计状态下翼型的阻力。关键词：气动优化设计；自由变形；直接操作FFD；翼型设计中图分类号：V211文献标识码：A文章编号：167l一654x(2013)01—0040—04ApplicationofDirectMalliplllatedFFDTechIliqueinAirfonAerodynamicOptimizationCHENSo

3、n91，BAIJun．qian91，HUAJun2，SUNZhi．weil(1．Ⅳon^埘船￡Po加ec^nic血Z踟i抛培渺，艇’nn710072，劬in口；2．傩in口Aeronou疵oZ西t06Z诂^砌眦，曰e彬增100012，吼i船)Abstract：ThemethodofapplyingdiIectmanipulatedFFDtechniqueintoaerodynamicshapeoptimizationhasbeenresearched．DuetothedisadvantageoftheFFD(Free—FomlDefomation

4、)methodthatthegeo-metricalmanipulationisnotdirectandintuit，thedirectmanipulatedFFDmethodhasbeendevelopedbysolvingeachdisplacementoftheFFDcontmlpointswithsomespeci6edgeometrypointmovement，sothatthedefo珊ationoftheta曙etgeometrycouldbedirectlymanipulated．Besides，directmanipulated

5、FFDmethodcouldaecomplisharelativelysmallnumberofdesignvariablestogetherwithhighorderFFDcon—trolfhme．Thestudycasehasshownthatapplyingthismethodinaerodynamicoptimizationofaidbilisofgoodfeasibilityandresult．Keywords：aemdynamicoptimization；fI℃efo珊def0硼；directmanipulatedFFD；airfoi

6、ldesign引言随着计算流体力学，计算机辅助几何造型设计(CAD)以及数值优化等技术的日趋成熟，气动外形优化设计如何在航空工程实践中得到系统应用所必须解决的关键问题之一，是可以很好地满足工程实际约束并且稳健灵活的几何外形参数化方法¨J。高效的几何参数化方法可以实现使用相对较少的参数对几何约束条件下复杂飞行器外形的准确几何定义。已经应用在飞行器的气动外形设计及优化中的几何参数化方法有很多，其中翼型的参数化方法主要有Hicks—Henne基函数扰动法旧o，Sobiezky提出的根据翼型关键几何参数定义的PARSEC参数化方法旧J，B6zier曲线”

7、J，非均匀有理B样条(NURBS)HJ，类函数形函数方法(CST)。5“J；三维外形的参数化方法主要有NURBS曲面扰动叠加法"J，自由变形方法(FFD)【8J等。自由变形方法由Sederbe昭和Parry于1986年首次提出旧J，具有变形能力强，不需要对初始外形进行拟合，并且可以保持几何原有连续性、光滑性，操作简单等优点，因此它可以作为一种比较适合于飞行器气动外形设计的参数化方法。Palacios等采用FFD方法对某超音速客机构型进行了气动优化设计，显著减小了激波阻力旧J。高正红、黄江涛¨叫也采用FFD技术对翼型以及机翼进行了气动优化设计，取得

8、了较好的效果。尽管FFD方法具有非常强大的几何外形的描述以及变形的能力，但是其应用在飞行器气动外形设计上仍然有一些局限性：一方面设计者需