基于守恒型嵌合體技術的民機三維增升裝置氣動遺傳優(yōu)化設計.pdf

1、增升裝置的氣動性能的細微改變可能會造成飛機操縱性能以及氣動效率的顯著變化，從而直接影響到飛機的運營成本，因此增升裝置的設計在飛機設計過程中占有重要地位。
　　 本文以目前在研的民用大型客機為背景，圍繞三維增升裝置氣動分析及設計問題，重點開展了三維增升裝置復雜網格自動化生成、流場建模及數值求解以及多段翼型和三維增升裝置的遺傳優(yōu)化設計等內容。研究表明所獲得的最終優(yōu)化構型較于初始構型，在保證升阻比L/D的前提下，其最大升力系數CLma

2、x有明顯提高。
　　 具體而言，本文研究工作及研究成果包括如下幾個方面：
　　 (1)由于低速繞流特性，使得流場控制方程的剛性大大增強，導致計算收斂性能大大削弱。本文通過在控制方程時間導數項左乘Turkel預處理矩陣，詳細推導了適用于不同時間推進格式以及空間離散格式的低速預處理過程。研究表明上述處理方式有效改善了控制方程在低馬赫數計算時所面臨的系統(tǒng)剛性和條件數等問題，起到了加速收斂的作用。
　　 (2)在對增升裝

3、置縫道參數進行遺傳優(yōu)化過程中，許多部件不用發(fā)生改變，只有前后緣裝置相對主翼有個相對運動，因此嵌套網格十分適用。本文針對增升裝置特殊的幾何構型，采用嵌合體技術和雙曲型網格生成方法對每個部件網格進行單獨生成。針對某些非常復雜的幾何部位，如襟翼艙網格、剪刀差以及翼尖端面處的網格等，本文采用點對點搭接的方式進行處理。通過對二維多段翼型及三維復雜增升構型的具體網格生成，研究表明以上方式可以有效降低三維增升裝置網格生成的復雜度，同時所獲得的貼體結構

4、化網格具有較高的網格質量。根據以上設計思路，本文開發(fā)了基于嵌合體技術的三維增升裝置復雜網格自動化生成軟件HLGRID3D，并將其應用于后續(xù)的優(yōu)化過程中。
　　 (3)傳統(tǒng)嵌合體技術在各子域流場信息交互過程中未能保持全場通量守恒的特性。為克服以上問題，本文采用具有全場質量通量守恒特性的MFBI2算法，改進發(fā)展了傳統(tǒng)嵌合體技術，同時根據預處理過程所獲得的結論，針對通過HLGRID3D軟件所獲得的網格，自主開發(fā)了對應的計算程序，并基于

5、該程序求解了多個典型的二維及三維增升裝置的復雜流場。研究表明基于具有質量通量守恒特性的嵌合體技術所獲得的計算結果精度優(yōu)于基于傳統(tǒng)嵌合體技術所獲得計算結果。
　　 (4)為保證三維增升裝置起飛著陸狀態(tài)下的安全性能，本文對三維增升裝置大迎角下的升力系數為目標，以升阻比作為優(yōu)化約束條件，對最大升力系數CLmax進行了分段遺傳優(yōu)化設計。在優(yōu)化過程中，為提高優(yōu)化效率，加速優(yōu)化收斂過程同時克服標準遺傳優(yōu)化時出現的Hamming懸崖問題，本文