基于準(zhǔn)則的大展弦比飛翼氣動(dòng)設(shè)計(jì)

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1、2015年9月第4l卷第9期北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2015V01．41No．9http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0672基于準(zhǔn)則的大展弦比飛翼氣動(dòng)設(shè)計(jì)甘文彪“，周洲2，許曉平2(1．北京航空航天大學(xué)無人駕駛飛行器設(shè)計(jì)研究所，北京100191；2．西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院，西安710072)摘要：從設(shè)計(jì)實(shí)

2、際出發(fā)，為切實(shí)提高氣動(dòng)性能，開展了大展弦比飛翼無人機(jī)(UAV)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)及分析研究．在設(shè)計(jì)分析過程中，依據(jù)飛翼無人機(jī)的特征，提出了氣動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；基于設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，采用更新設(shè)計(jì)的策略，結(jié)合變可信度數(shù)值模擬、代理模型優(yōu)化方法構(gòu)建了優(yōu)化設(shè)計(jì)框架；針對(duì)飛翼無人機(jī)開展了參數(shù)化表達(dá)、無限插值網(wǎng)格自動(dòng)生成以及多輪更新優(yōu)化，得到了優(yōu)化推薦構(gòu)型；應(yīng)用7．Rem轉(zhuǎn)捩模型方法對(duì)優(yōu)化構(gòu)型的氣動(dòng)性能進(jìn)行了細(xì)致地驗(yàn)證分析．研究結(jié)果表明：通過氣動(dòng)設(shè)計(jì)，飛翼無人機(jī)設(shè)計(jì)構(gòu)型很好地契合了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，其巡航升阻比相比最初的原始構(gòu)型提高了14％，y—Re以轉(zhuǎn)捩模型能較細(xì)致地分

3、析大展弦比飛翼的流動(dòng)特征．關(guān)鍵詞：飛翼；設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；優(yōu)化設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)捩模型；驗(yàn)證分析中圖分類號(hào)：V211．4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-5965(2015)09—1608-07現(xiàn)代高空無人機(jī)(UAV)設(shè)計(jì)對(duì)氣動(dòng)和隱身性能的要求越來越高，為了在一定的隱身?xiàng)l件下取得更高的氣動(dòng)性能，典型的先進(jìn)高空無人機(jī)(如RQl70、RQl80等)均采用大展弦比飛翼布局．大展弦比飛翼無人機(jī)翼身高度融合，需要嚴(yán)格滿足裝載和隱身要求，具有特殊的氣動(dòng)性能，其氣動(dòng)設(shè)計(jì)主要受3個(gè)方面的影響：①機(jī)身布置以及機(jī)身對(duì)展向流動(dòng)的影響；②機(jī)翼典型截面翼型的流動(dòng)特征；③機(jī)翼

4、翼面參數(shù)變化以及翼尖效應(yīng)．隨飛行速度的變化，大展弦比飛翼無人機(jī)的展向流動(dòng)特征和二維截面翼型的特征將發(fā)生顯著的變化，這將深刻地影響其升阻和力矩性能．為改進(jìn)飛翼的氣動(dòng)性能，很多作者針對(duì)飛翼開展了相關(guān)研究分析¨11．Wood和Bauer對(duì)100年來飛翼布局飛機(jī)的研究進(jìn)行了回顧¨1，Grellmann介紹了B2飛機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)¨1，Liebeck針對(duì)亞聲速翼身融合的飛翼布局飛機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究Do]，Mialon等針對(duì)飛翼構(gòu)型開展了氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)¨1

5、，Qin等也對(duì)翼身融合(BWB)的飛翼布局飛機(jī)進(jìn)行了氣動(dòng)性能研究012]，Leifsson等對(duì)

6、分布式BWB構(gòu)型開展了多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)¨?，胡添元開展了飛翼布局飛機(jī)總體多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化研究¨4

7、，鮑君波等開展了飛翼布局氣動(dòng)方案優(yōu)選和試驗(yàn)驗(yàn)證¨5

8、，這些以及其他與飛翼相關(guān)的研究工作都能夠?yàn)轱w翼無人機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)提供借鑒，但大多側(cè)重于小展弦比飛翼布局氣動(dòng)分析研究，對(duì)大展弦比飛翼的流動(dòng)特征和氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)的少，而本文將針對(duì)大展弦比飛翼無人機(jī)來開展氣動(dòng)設(shè)計(jì)和流動(dòng)特征分析．1設(shè)計(jì)方法1．1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則從設(shè)計(jì)實(shí)際和工程實(shí)用出發(fā)，針對(duì)大展弦比飛翼無人機(jī)氣動(dòng)構(gòu)型開展設(shè)計(jì)，其研究主體是：為提高設(shè)計(jì)效率和避免多學(xué)科設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，結(jié)合設(shè)計(jì)的先驗(yàn)知識(shí)，以最

9、優(yōu)氣動(dòng)性能為目標(biāo)，在裝收稿日期：2014—10-30；錄用日期：2015-01-23；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-04-2916：43網(wǎng)絡(luò)出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150429．1643．001．html基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(YwF一15-GJSYS-031)；國家自然科學(xué)基金(11302178)+通訊作者：甘文彪(1985一)，男，湖南邵陽人，講師，ganhope@buaa．edu．cn，主要研究方向?yàn)轱w行器總體氣動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算流體力學(xué)．芎f用格式：甘文彪，

10、周洲，許曉平．基于準(zhǔn)則的大晨弦比飛冥氣動(dòng)設(shè)計(jì)fJJ．北京航空航天天學(xué)學(xué)報(bào)，2015，41p)：1608·1614．GanWB，ZhouZ，XuxP．Aerodynamicdesignofhigh—aspect—ratioflyingwingbasedoncr／ter／afJJ．JournalofBeltingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(9)：1608一1614(inChinese)．第9期甘文彪，等：基于準(zhǔn)則的大展弦比飛翼氣動(dòng)設(shè)計(jì)1609載、強(qiáng)度和隱身約束下來確定飛

11、翼全機(jī)外形．事實(shí)上，理解分析大展弦比飛翼布局形式，可以對(duì)其構(gòu)型設(shè)計(jì)提煉出如下準(zhǔn)則：①由于全機(jī)基本構(gòu)型暫不考慮推進(jìn)系統(tǒng)，因此對(duì)進(jìn)排氣系統(tǒng)的隱身和流動(dòng)要求，不需要細(xì)化；②在設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足總體設(shè)計(jì)對(duì)翼面積的要求，設(shè)計(jì)過程將在總體設(shè)想的初始構(gòu)型上展開；③由