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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明公开了一种多后缘舵面飞行器机翼的变弯度气动优化设计方法，旨在解决现有技术中无法适应多变飞行条件的问题，通过调整机翼上各后缘舵面的偏转角度，以适应多变的飞行条件，从而提高飞行器的巡航效率与任务适应性。优化设计流程包括确定基准构型、几何参数化与网格生成、确定优化状态与目标、流场求解与目标函数评估、离散伴随方程求解与梯度信息计算，以及设计变量的更新与优化迭代。通过这一系列步骤，本发明能够根据飞行任务和状态在不同飞行域内动态调整飞行器本体外形以适应不同的飞行环境，实现最佳舵偏组合的确定，显著提升飞行器在整个飞行域内的性能，特别适用于现代运输机和商用飞机。

主权项：1.一种多后缘舵面飞行器机翼的变弯度气动优化设计方法，其特征在于，所述气动优化设计方法在实施时至少包括如下步骤：SS1.确定待气动优化的基准构型选择一飞行器构型作为待气动优化的基准构型，其中，所述基准构型至少包括机身、可调平尾以及设置在机身左右两侧的机翼，机翼主体的尾缘上沿其展长方向由翼根至翼尖布置有多组偏转角度独立可调的后缘舵面；SS2.基准构型的几何外形参数化与计算网格生成对基准构型进行几何外形参数化，通过外形参数化方法对机身、平尾、机翼及各后缘舵面的气动外形进行参数化描述，定义影响气动性能的关键几何参数，并结合网格变形方法生成适合流场数值模拟的计算网格，所述计算网格包括用于求解边界层流动的表面网格和用于求解外部流场的空间网格；SS3.确定气动优化状态、优化目标、设计变量以及约束条件选择基准构型的若干飞行状态作为气动优化状态，设定飞行器机翼变弯度气动优化的目标函数以及相应的气动性能指标，定义气动优化设计中的约束条件，并确定影响机翼气动性能的主要设计变量，所述设计变量至少包括平尾安装角以及表征机翼弯度变化的各后缘舵面的偏转角度，其中：每一所述气动优化状态下的气动条件至少包括飞行马赫数、雷诺数、飞行攻角、飞行高度、升力系数、重量载荷中的至少一者或多者；所设定的气动优化的目标函数至少包括升力系数、阻力系数、升阻比、翼根弯矩及机翼表面气流分离区的大小中的至少一者或多者，相应的气动性能指标为在所选定的气动优化状态下的升力系数最大、阻力系数最小、升阻比最大、翼根弯矩最小及机翼表面气流分离区最小中的至少一者或多者；所定义的约束条件至少包括优化过程中俯仰力矩的限制、各后缘舵面偏转角度的限制、以及升力系数大小的限制中的至少一者或多者；所确定的设计变量根据气动优化设计需要还包括或不包括飞行攻角，并且其中，若所述飞行器机翼的变弯度气动优化以巡航减阻为目标，其气动优化状态为巡航马赫数以及巡航升力系数范围内的若干飞行状态，所设定的气动优化的目标函数为气动优化状态下的阻力系数最小，所定义的约束条件包括气动优化状态下的俯仰力矩配平以及各后缘舵面偏转角度的限制，所确定的设计变量包括各后缘舵面的偏转角度、平尾安装角以及飞行攻角；若所述飞行器机翼的变弯度气动优化以结构减载为目标，气动优化状态为大重量起飞后的爬升阶段的包括指定飞行马赫数及飞行高度下的若干飞行状态，所设定的气动优化的目标函数为翼根弯矩最小，所定义的约束条件包括气动优化状态下的升力系数不小于基准构型的升力系数、俯仰力矩不小于基准构型的俯仰力矩、阻力系数不大于基准构型的阻力系数及各后缘舵面偏转角度的限制，所确定的设计变量包括各后缘舵面的偏转角度及平尾安装角；若所述飞行器机翼的变弯度气动优化以抖振延迟为目标，其气动优化状态为巡航马赫数以及巡航飞行攻角范围内的若干飞行状态，所设定的气动优化的目标函数为机翼表面气流分离区最小，所定义的约束条件包括气动优化状态下的升力系数不小于基准构型的升力系数、俯仰力矩不小于基准构型的俯仰力矩以及各后缘舵面偏转角度的限制，所确定的设计变量包括各后缘舵面的偏转角度及平尾安装角；SS4.飞行器构型的流场求解与气动优化目标函数评估在设定的气动优化状态下，根据所选定各设计变量的当前值，基于飞行器构型的计算网格并利用计算流体力学方法数值模拟求解飞行器构型周围的流场，计算得到飞行器构型表面的流场信息，据此评估气动优化目标函数的当前值，并确保所得结果满足既定的约束条件；SS5.离散伴随方程的求解与梯度信息计算在完成流场求解与气动优化目标函数评估后，利用离散伴随方法建立与气动优化目标函数相关的离散伴随方程，并据此求解计算得到气动优化目标函数相对于各设计变量的梯度信息，所述梯度信息反映了气动优化目标函数相对于各设计变量增加或减少的方向和幅度；SS6.利用SNOPT梯度优化算法更新各设计变量基于步骤SS4计算得到的气动优化目标函数值以及步骤SS5中计算得到的优化目标函数相对于各设计变量的梯度信息，采用SNOPT梯度优化器对各设计变量进行优化更新，并根据更新后的各设计变量值相应地调整飞行器构型的表面网格和空间网格；SS7.优化迭代及收敛判断在完成设计变量以及飞行器构型计算网格的更新后，重复执行步骤SS4~SS6进行优化迭代，在每次迭代过程中，重新进行飞行器构型的流场求解与气动优化目标函数评估以及伴随方程的求解与梯度计算，直至气动优化目标函数的值达到预设的收敛准则或达到设定的最大迭代次数。

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百度查询： 西北工业大学 一种多后缘舵面飞行器机翼的变弯度气动优化设计方法