增升和减阻是民用飞机设计的永恒目标。本文对民用飞机减阻技术最新进展及未来发展进行综述,在此基础上,报道了计算所团队通过数值优化设计及主动流动控制实现减阻的研究进展。为此,发展了基于壁面模化大涡模拟(WMLES)准确模拟湍流边界层的先进数值方法,以及利用伴随方程方法实现气动外形快速数值优化的技术。在具体实践中,通过组合基于自由变形(FFD)的几何参数化模块、基于线弹性体法的网格变形模块,以及基于伴随方程方法和序列二次规划(SQP)的优化算法模块,搭建了面向工程、适于超大规模变量优化设计的整机气动优化设计平台,在NASACRM模型上实现了设计变量超过600的大变量、跨声速气动数值优化设计,在合理的工程约束条件下,有效削弱了机翼表面激波,总体减阻率达到2%以上;通过对湍流平板边界层外层结构进行射流非定常控制,在中等雷诺...

针对飞行器工程型号发展中的气动结构优化设计需求,提出和讨论了一种气动结构串行优化策略,将气动结构耦合优化问题分解成了气动外形优化和多工况下保持巡航气动性能的结构尺寸优化两个串行子问题。基于自研工具和商业软件MSCNastran建立了全自动的面向工程应用气动结构串行优化能力。开展了CRM-WB和HIRENASD机翼气动结构优化设计,同时取得了减阻和减重收益。结果表明所提策略具备一定的工程实用性,可在某种程度上解决飞行器型号发展中的气动结构优化设计需求。

为改善CRM机翼在偏离巡航点阻力系数迅速增大的问题,同时为得到更加稳定的阻力发散特性,在满足工程实际的气动约束和几何约束条件下,基于RANS方程及其离散伴随方程、FFD几何参数方法、线弹性网格变形方法以及SNOPT梯度优化算法等,对其进行单点、多权重两点以及多点优化设计。结果表明:不同优化策略下优化后机翼在主设计点处阻力系数较初始构型均有不同程度降低,经多点优化后机翼的巡航马赫数提高,且阻力发散特性的鲁棒性得以提高。

分别介绍国内外相关优化软件系统的功能特点,指出面对飞行器优化设计存在的不足。对目前飞行器优化设计流程中的各个技术环节进行了介绍,并着重阐述了面向飞行器的优化系统在软件需求、数据组织、数据可视化、高性能计算、流程集成等方面的技术经验和方法,而且对这些方法在实际研究项目中的应用情况进行了阐述。在此基础上从软件的工程实用性、可行性性等方面进行了分析,并对后续发展做了展望。

发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性优化结合,提出兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化策略。首先,概述了伴随方程梯度求解和提出的基于信号射线方法的近场过压提取及目标过压装配过程,并验证了优化流程中近场信号及地面波形预测的准确性。其次,针对超声速民机标模,开展了低阻优化、近场低声爆反设计、兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化三种策略的对比研究,结果表明兼顾气动和近场声爆特性优化策略的伴随优化在综合提升气动和低声爆特性上表现更优。最后与文献中相同算例的优化结果进行对比分析,进一步证明了该优化策略在超声速...

为了有效控制跨声速构型的表面压力分布，利用离散伴随方法精确、快速求解目标函数对大规模设计变量梯度的优势，采用CST和FFD几何参数法，分别构建了二维、三维气动反设计优化系统。通过NACA0012翼型和CRM机翼对构建的反设计系统进行验证，优化目标分别为RAE2822翼型和多点优化后的CRM构型的压力分布。结果表明:通过压力分布反设计得到的构型与目标压力分布对应的构型在几何外形上一致，迭代收敛性上气动反设计优化效率优于多点优化。