超临界自然层流翼型优化方法研究

发布时间：2020-04-14 01:43

【摘要】：层流技术研究是近年来备受关注的研究课题,因为在民用客机减阻上具有巨大的应用潜力。本文根据超临界自然层流翼型优化设计的要求,首先将e~N转捩预测方法耦合进传统的RANS方程中实现了转捩发生位置的自动预测,其次对比研究了不同的超临界自然层流翼型参数化方法的优缺点,最后采用高效率无需导数信息的BOBYQA(Bound Optimization BY Quadratic Approximation)优化算法建立了一套有效的超临界自然层流翼型优化设计方法。1)开发了翼型边界层转捩发生位置的e~N转捩预测和绕翼型结构网格自动生成程序,通过对多个经典翼型算例进行数值模拟,验证了本文构建的数值方法的可靠性以及e~N转捩预测方法的精度,从而为下文气动优化设计提供可靠、高精度的CFD计算程序。2)针对CST、PARSEC和iCST三种参数化方法进行了研究。通过对三种翼型的拟合误差对比分析发现,PARSEC方法参数化建模结果大部分不满足风洞误差标准,CST和iCST参数化方法有较好的拟合精度,可用于超临界自然层流翼型的优化设计。3)采用论文所建立的优化设计方法,在RAE2822超临界翼型的基础上以减阻为目标进行优化设计。优化后的翼型扩大了表面顺压梯度的范围,减小了摩擦阻力,升阻比增大,翼型具有超临界和自然层流的双重特性。在研究设计升力系数和马赫数对超临界自然层流翼型优化的影响分析中得到,上表面层流区域面积均有改善。随着设计升力系数增加,翼型优化后上表面层流区域面积减小,转捩发生位置前移,最优结果马赫数在逐渐变小,下表面的转捩点位置后移。
【图文】：

1. 2 自然层流流动控制、层流流动控制和混合层流流动控制技术应用现状图 1.2 中可以看出，自然层流流动控制技术是以减小摩擦阻的发生从而实现大面积的自然层流流动。NLFC 技术在二维熟，，伴随着航空工业工艺制造技术的发展，自然层流减阻技用前景[6-11]。翼型的研究早在上世纪 30 年代就已经开始，从而有了美

超临界自然层流翼型优化方法研究ce 等人[16]在飞行试验中得出自然层流可以应用在高速后掠翼性及敏感性导致飞机在生产制造过程中工艺难度加大，但作然层流对于不同类型飞机的任务飞行都具有可维护性的实际纪 80 年代末也开始了对民用飞机自然层流机翼的设计研究工系列超临界自然层流翼型并提出用弱激波形成足够范围顺压想，中国航空航天工业部设计出了 NPU-NLF-1 跨音速自然层流翼型在设计点可以维持 60%弦长以上的层流区域，但由飞行状态下翼型表面层流维持范围[17, 18]。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V211.41

【参考文献】

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本文编号：2626711