基于CFD的分布式变后掠翼身组合体气动研究

发布时间：2017-09-06 21:44

  本文关键词：基于CFD的分布式变后掠翼身组合体气动研究

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【摘要】：变后掠机翼设计以及最优变后掠规律是变后掠翼技术研究的关键点,为了在保持变后掠翼飞机气动效益的同时提高其稳定性,本文设计了一种分布式变后掠翼身组合体模型,基于CFD数值方法计算了其宽广速域的气动特性,与传统的整体式变后掠翼身组合体气动特性对比验证了其优越性,在数值模拟结果的基础上结合遗传算法全局寻优,得到了升阻比最佳的最优变后掠规律,并验证了合理性。具体研究内容如下:首先,提出了变后掠翼身组合体假设,在这基础上进一步明确了总体设计要求和主要部件(变后掠机翼)设计要求,在CATIA平台完成了变后掠翼身组合体的三维模型构建,得到了包括整体式变后掠与分布式变后掠两组6个变后掠翼身组合体三维模型,为气动仿真与数值模拟准备好了参数化模型。然后,利用GAMBIT对翼身组合体模型进行计算网格的详细划分,设置边界条件,在FLUENT中完成数值模拟,并将计算结果后处理,纵横向对比分析两组变后掠翼身组合体升力特性、阻力特性及力矩特性。最后,基于CFD数值方法对分布式变后掠翼身组合体模型进行了更加深入的数值模拟与仿真,对计算结果进行了数据处理,以升阻比最佳作为约束条件结合标准遗传算法对变后掠角全局寻优,得到了随速度变化的最优后掠角变化曲线,与其他变后掠飞机后掠角变化规律进行了对比,验证了所得的变后掠规律的合理性。研究结果表明:相比于整体式变后掠机翼,分布式结构的变后掠机翼可以在牺牲小部分气动效益的前提下提高整体的稳定性;以提升变后掠翼飞机气动性能为目的,采用遗传算法对变后掠翼身组合体最佳后掠角进行全局寻优,可以得到合理可信的最佳后掠角变化规律曲线:在亚声速速域内随着速度的增大,为了降低诱导阻力,提高升阻比,最优后掠角平缓增大;在跨声速速域内,为了延缓激波阻力的形成,最优后掠角急剧上升。根据得出的最佳变后掠规律,合理设计弹性驱动机构,可以实现利用飞行阻力驱动机翼变后掠的目标。
【关键词】：分布式变后掠 翼身组合体 最优变后掠规律 CFD 气动特性分析
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V224
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 引言8
• 1.2 研究意义及目的8-10
• 1.3 变后掠翼技术发展历程及研究现状10-16
• 1.3.1 变后掠翼技术的发展历史10-13
• 1.3.2 变后掠翼技术的国内、外研究现状13-16
• 1.4 本文研究内容及研究思路16-17
• 1.5 本文各章节研究内容的安排17-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第2章 CFD计算涉及的基本理论概述19-28
• 2.1 计算流体力学概述19-21
• 2.2 计算流体力学基本方程21-26
• 2.2.1 纳维—斯托克斯（N-S）方程组21-22
• 2.2.2 雷诺方程组22-23
• 2.2.3 欧拉方程组23-24
• 2.2.4 附面层方程24-26
• 2.3 计算空气动力学的常用求解方法26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 变后掠翼身组合体三维建模28-37
• 3.1 计算机辅助设计（CAD）技术简介28-29
• 3.2 计算机辅助设计软件介绍29-30
• 3.3 变后掠翼身组合体设计要求30-32
• 3.3.1 翼身组合体总体设计要求30-31
• 3.3.2 变后掠机翼设计要求31-32
• 3.4 分布式及整体式翼身组合体三维建模32-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 变后掠翼身组合体气动特性分析37-58
• 4.1 软件介绍37-41
• 4.1.1 GAMBIT简介37-38
• 4.1.2 FLUENT简介38-41
• 4.2 计算网格划分41-44
• 4.3 计算方法44-45
• 4.4 边界条件设置及相关参数设置45-48
• 4.4.1 边界条件设置45
• 4.4.2 相关参数设置45-48
• 4.5 气动计算及结果48-53
• 4.6 气动特性分析53-57
• 4.6.1 升力特性分析53-55
• 4.6.2 阻力特性分析55-56
• 4.6.3 对转动中心的力矩特性分析56-57
• 4.7 本章小结57-58
• 第5章 最佳变后掠规律探究58-71
• 5.1 模型建立58-59
• 5.2 CFD计算59-63
• 5.3 基于遗传算法的变后掠全局寻优63-70
• 5.3.1 遗传算法简介63-64
• 5.3.2 数值模拟结果预处理64-67
• 5.3.3 最佳后掠角的SGA全局寻优67-68
• 5.3.4 寻优结果分析及验证68-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-74
• 6.1 本论文的工作总结71-72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-77
• 硕士期间发表的论文及学术成果77-78
• 参加科研项目77
• 发表论文77
• 获奖情况77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李燕银;马军;吴平;朱春生;;整体式玻璃钢无人机机翼的研制[J];洪都科技;2009年02期

2 赵锁珠;李占科;张晓刚;;一种无人机变后掠翼机构的设计与仿真研究[J];航空计算技术;2009年06期

3 李军府;艾俊强;董海锋;;飞机变形技术发展探究[J];航空科学技术;2009年02期

4 陈钱;白鹏;李锋;;可变形飞行器机翼两种变后掠方式及其气动特性机理[J];空气动力学学报;2012年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 程勇;无人机变后掠翼机构设计及仿真实验研究[D];中国科学技术大学;2010年

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本文编号：805629