自然层流机翼气动外形优化研究 被引量：13

1

作者 马晓永 张彦军 +2 位作者 段卓毅 郭洪涛 李权 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期812-817,共6页

层流技术在飞行器尤其是民用客机减阻方面具有较好的应用潜力。采用全速势方程(TRANAIR)、序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)优化算法及自适应笛卡尔网格技术,用两种不同的参数化建模方法,类函数/型函数变换(Class fu... 层流技术在飞行器尤其是民用客机减阻方面具有较好的应用潜力。采用全速势方程(TRANAIR)、序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)优化算法及自适应笛卡尔网格技术,用两种不同的参数化建模方法,类函数/型函数变换(Class function/Shape function Transformation,CST)和非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline,NURBS)方法,对某自然层流机翼进行了多点优化设计,设计点为:C_L=0.45(M:0.735,0.755,0.765,0.775),C_L=0.50(M:0.755),约束条件为:升力、俯仰力矩和翼型20%、80%及最大厚度不得低于初值。优化结果表明:虽然CST方法在翼型描述上具有先天优势,NURBS方法更多用于三维曲面,而对于文中自然层流机翼算例,NURBS的优化效果更好;在C_L=0.45(M:0.755)状态下,优化后上翼面转捩位置明显后移,层流区域变广,总阻力减小了4.5%;采用的优化方法在进行五点优化时仍然具有较高的计算效率,具有较强的工程实用能力。 展开更多

关键词 自然层流机翼 气动外形优化 TRANAIR 参数化方法 数值模拟

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高升阻比自然层流翼型多点/多目标优化设计 被引量：12

2

作者 邓磊 乔志德 +1 位作者 杨旭东 熊俊涛 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2011年第3期330-335,共6页

研究并发展了一套进行高升阻比自然层流翼型多设计点/多设计目标的优化设计方法。为减少设计中的计算量,使用了XFOIL程序进行流场计算。使用基于响应面方法的优化方法进行最优化计算,并使用了不含二阶交叉项的二阶多项式模型作为响应面... 研究并发展了一套进行高升阻比自然层流翼型多设计点/多设计目标的优化设计方法。为减少设计中的计算量,使用了XFOIL程序进行流场计算。使用基于响应面方法的优化方法进行最优化计算,并使用了不含二阶交叉项的二阶多项式模型作为响应面模型,大大减少了构造模型所需的试验次数,使进行更多设计变量和多点设计成为可能。试验点的选择满足D-优化准则。研究了设计点及目标函数的选择,进行了单点/单目标及多点/多目标的设计,结果表明:多点/多目标设计可以很好的改善单点设计中非设计点性能变差的缺点,设计结果有工程实用价值。 展开更多

关键词 高升阻比 自然层流翼型 多目标设计 优化设计 响应面方法

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民用飞机自然层流机翼研究进展 被引量：21

3

作者 李权 段卓毅 +2 位作者 张彦军 雷武涛 许瑞飞 《航空工程进展》 2013年第4期399-406,共8页

新世纪航空市场对能耗、噪音等限制性要求继续加强,新一代民用飞机需要在气动减阻方面取得重大突破,自然层流机翼技术成为研究热点。总结了层流技术类别,回顾了自然层流机翼的主要研究历程,介绍了当前正在开展的欧洲TELFONA计划和美国ER... 新世纪航空市场对能耗、噪音等限制性要求继续加强,新一代民用飞机需要在气动减阻方面取得重大突破,自然层流机翼技术成为研究热点。总结了层流技术类别,回顾了自然层流机翼的主要研究历程,介绍了当前正在开展的欧洲TELFONA计划和美国ERA计划中的自然层流机翼的研究进展,概述了自然层流机翼应用情况和自然层流短舱,分析了自然层流机翼的实际应用难题,展望了自然层流技术在新一代民用飞机中的应用。 展开更多

关键词 民用飞机 自然层流 TELFONA ERA 机翼设计 减阻

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超临界自然层流翼型NPU-L72513的风洞试验研究 被引量：6

4

作者 乔志德 赵文华 +1 位作者 李育斌 鲍国华 《气动实验与测量控制》 CSCD 1993年第2期40-45,共6页

超临界自然层流翼型具有很好的应用前景。西北工业大学翼型研究中心设计的我国第一个超临界自然层流翼型 NPU-L72513在 CARDC 高速所的跨声速风洞进行了试验,证明超临界自然层流翼型 NPU-L72513具有优良气动特性,其设计是成功的。同时... 超临界自然层流翼型具有很好的应用前景。西北工业大学翼型研究中心设计的我国第一个超临界自然层流翼型 NPU-L72513在 CARDC 高速所的跨声速风洞进行了试验,证明超临界自然层流翼型 NPU-L72513具有优良气动特性,其设计是成功的。同时说明我国已初步具有自行设计超临界自然层流翼型和进行相应风洞试验的能力。 展开更多

关键词 超临界翼型 自然层流 风洞试验

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现代自然层流翼型的设计方法 被引量：5

5

作者 华俊 张仲寅 +2 位作者 施宁光 Redcker G. Koester H. 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1993年第1期57-63,共7页

本文介绍一种设计跨声速自然层流翼型的计算流体力学(CFD)方法。本方法采用“正反迭代、余量修正”设计原理,通过将跨声速翼型设计软件NPU-TD2D中的反设计程序进行改进,并与含有层、湍流混合边界层修正的跨声速层流翼型计算程序DLRBGKW... 本文介绍一种设计跨声速自然层流翼型的计算流体力学(CFD)方法。本方法采用“正反迭代、余量修正”设计原理,通过将跨声速翼型设计软件NPU-TD2D中的反设计程序进行改进,并与含有层、湍流混合边界层修正的跨声速层流翼型计算程序DLRBGKWALZ耦合,实现了在跨声速粘性流动条件下直接设计层流翼型。亚、超临界的设计实例和风洞验证表明,本方法可以在几个设计迭代内设计出压力分布、转捩位置及气动参数均准确收敛于设计目标的新翼型,是一种设计现代自然层流翼型的有效而实用的CFD方法。 展开更多

关键词 跨音速流动 反方法 自然层流翼型

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自然层流超临界翼型的设计研究 被引量：21

6

作者 乔志德 《流体力学实验与测量》 CSCD 1998年第4期23-30,共8页

阐述了研究发展我国自然层流超临界翼型ＮＰＵ－Ｌ７２５１３的设计思想，设计要求和转捩位置的判别技术和设计方法，首次提出了利用弱激波形成足够顺压梯度的自然层流超临界翼型设计思想，解决了维持层流所需的有一定顺压梯度压力分布... 阐述了研究发展我国自然层流超临界翼型ＮＰＵ－Ｌ７２５１３的设计思想，设计要求和转捩位置的判别技术和设计方法，首次提出了利用弱激波形成足够顺压梯度的自然层流超临界翼型设计思想，解决了维持层流所需的有一定顺压梯度压力分布形态和无激波超临界翼型的屋顶状压力分布要求的矛盾。风洞实验结果表明，所设计自然层流超临界翼型达到了设计要求。 展开更多

关键词 自然层流 超临界翼型 翼型设计 转捩

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NLF－1自然层流机翼低速转捩位置测定 被引量：2

7

作者 张召明 章子林 熊筱珍 《气动实验与测量控制》 CSCD 1994年第1期25-30,共6页

自然层流机翼是我国下一代民用客机采用的机翼之一。本文对自然层流机翼ＮＬＦ－１用热膜法和升华法在南京航空学院ＮＨ－２低速风洞中进行了机翼边界层转捩位置的测定。结果表明，该机翼的转捩位置在离开机翼前缘的７０％左右的当地弦... 自然层流机翼是我国下一代民用客机采用的机翼之一。本文对自然层流机翼ＮＬＦ－１用热膜法和升华法在南京航空学院ＮＨ－２低速风洞中进行了机翼边界层转捩位置的测定。结果表明，该机翼的转捩位置在离开机翼前缘的７０％左右的当地弦长处。因此ＮＬＦ－１机翼确为较好的层流机翼。 展开更多

关键词 自然层流机翼 边界层转捩 热膜技术

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层流控制和自然层流机翼可压缩边界层计算和应用

8

作者 唐登斌 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1992年第2期244-249,共6页

本文对后掠层流机翼可压缩边界层进行了计算研究。引入新的相似变换形式,避免了Kaups-Cebeci方法在变换中可能出现的奇性,导出了在新的相似变换下的偏微分方程组。对层流控制(LFC)和自然层流(NLF)机翼进行了计算,得到了满意的结果。

关键词 层流控制 自然层流 边界层 机翼

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跨音速自然层流翼型多目标优化设计 被引量：7

9

作者 陈永彬 唐智礼 盛建达 《计算物理》 CSCD 北大核心 2016年第3期283-296,共14页

应用多目标优化方法在推迟翼型转捩位置的同时,优化激波控制鼓包的位置和外形来减小波阻.经过优化得到多目标问题的Pareto阵面解,通过对其上翼型的气动性能分析发现:优化后翼型的层流区域及激波强度较初始翼型均有改善.结果表明本文方... 应用多目标优化方法在推迟翼型转捩位置的同时,优化激波控制鼓包的位置和外形来减小波阻.经过优化得到多目标问题的Pareto阵面解,通过对其上翼型的气动性能分析发现:优化后翼型的层流区域及激波强度较初始翼型均有改善.结果表明本文方法可以有效地解决层流翼型设计过程中转捩位置和激波强度之间的矛盾. 展开更多

关键词 自然层流翼型 转捩预测 激波控制 多目标优化 Pareto阵面

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跨声速自然层流翼型设计 被引量：2

10

作者 黄睿杰 肖天航 昂海松 《机械制造与自动化》 2015年第6期167-169,211,共4页

研究和发展了一种跨声速自然层流(natural laminar flow,NLF)翼型优化设计方法。建立了翼型几何外形的CST参数化方法,并以部件形函数系数为优化设计变量,结合可行性方向法以及多岛遗传算法,对跨声速翼型进行升阻比和层流覆盖面积最大化... 研究和发展了一种跨声速自然层流(natural laminar flow,NLF)翼型优化设计方法。建立了翼型几何外形的CST参数化方法,并以部件形函数系数为优化设计变量,结合可行性方向法以及多岛遗传算法,对跨声速翼型进行升阻比和层流覆盖面积最大化的优化设计,优化设计过程中,为准确预测层流-湍流转捩和翼型绕流特性,采用了基于k-ωSST+γ-Reθt四方程模型的计算流体力学(computation fluid dynamics,CFD)数值模拟技术。结果表明,采用该优化方法能够较为有效的优化出满足设计状态和非设计状态的层流翼型。 展开更多

关键词 自然层流翼型 翼型参数化 计算流体力学 转捩预测 翼型优化设计

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跨音速自然层流翼型反设计研究 被引量：1

11

作者 李静 刘艳萍 +1 位作者 高正红 梁天水 《郑州大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2019年第1期95-100,共6页

基于Gappy POD降阶模型的数据重构方法提出反设计方法,由已知的翼型表面压力分布对缺失的目标翼型数据进行重构.在初始快照采样过程中,采用ΔCST方法对初始翼型进行扰动取样,并用反设计得到翼型替换基础扰动翼型,将新的快照加入原始快照... 基于Gappy POD降阶模型的数据重构方法提出反设计方法,由已知的翼型表面压力分布对缺失的目标翼型数据进行重构.在初始快照采样过程中,采用ΔCST方法对初始翼型进行扰动取样,并用反设计得到翼型替换基础扰动翼型,将新的快照加入原始快照库,反复迭代求解.针对层流翼型反设计,利用边界层转捩数值模拟程序获得快照向量的翼型压力分布.接着,提出两种不同的跨音速自然层流翼型的压力分布形态,通过构建的反设计方法得到两组不同的跨音速自然层流翼型,并详细研究了不同雷诺数及不同马赫数下,不同压力分布形态对转捩发生抑制能力的影响,同时研究其与阻力发散特性的协调性. 展开更多

关键词 CST 自然层流翼型 转捩模型 反设计

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考虑转捩点约束的自然层流翼型变弯度设计 被引量：1

12

作者 王一凡 孙刚 张淼 《航空计算技术》 2018年第2期33-36,43,共5页

在巡航过程中,大型民用航空飞机的飞行状况不断发生变化。随着燃油的消耗,飞机实际巡航升力系数将偏离设计升力系数,使用变弯度技术能够提升飞机在整个巡航段的气动性能。但是,对于自然层流翼型,传统的翼型变弯度设计将会导致自然层流... 在巡航过程中,大型民用航空飞机的飞行状况不断发生变化。随着燃油的消耗,飞机实际巡航升力系数将偏离设计升力系数,使用变弯度技术能够提升飞机在整个巡航段的气动性能。但是,对于自然层流翼型,传统的翼型变弯度设计将会导致自然层流翼型表面转捩点的前移。基于代理模型和遗传算法,提出了针对自然层流翼型的变弯度优化设计方法。结果表明,在巡航范围内的不同升力系数下,随着翼型弯度的变化,翼型表面仍然能够保持一定程度的层流区域,同时整个巡航段中翼型的气动效率得到了提升。 展开更多

关键词 自然层流翼型 变弯度优化设计 转捩点位置

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基于TSP方法的自然层流机翼转捩位置测量 被引量：3

13

作者 武宁 唐鑫 +1 位作者 段卓毅 张彦军 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期66-70,共5页

为验证某层流机翼的设计,在荷兰DNW-HST风洞开展了高速风洞试验,采用TSP方法对机翼表面边界层转捩位置进行了测量。试验结果表明:TSP方法用于探测自然层流机翼表面转捩位置非常有效,显示结果中层流和湍流区域明显,转捩边界清晰易辨。同... 为验证某层流机翼的设计,在荷兰DNW-HST风洞开展了高速风洞试验,采用TSP方法对机翼表面边界层转捩位置进行了测量。试验结果表明:TSP方法用于探测自然层流机翼表面转捩位置非常有效,显示结果中层流和湍流区域明显,转捩边界清晰易辨。同时发现,试验对机翼表面光洁度要求很高,试验结果对机翼表面污染非常敏感,高雷诺数下,受机翼前缘污染影响,试验效果不佳。 展开更多

关键词 自然层流机翼 风洞试验 TSP 转捩

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跨声速自然层流标模CRM-NLF风洞试验快速转捩预测 被引量：1

14

作者 刘银辉 吴东润 +1 位作者 杜玺 林大楷 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第7期36-47,I0001,共13页

中国商飞北研中心开发了快速CFD分析工具CFAST进行层流基本流场计算,单工况的计算时间仅为200 s,然后耦合转捩预测模块进行转捩预测分析,大幅缩减了计算周期,从而实现跨声速民机典型后掠机翼三维边界层的快速转捩预测。转捩预测模块基... 中国商飞北研中心开发了快速CFD分析工具CFAST进行层流基本流场计算,单工况的计算时间仅为200 s,然后耦合转捩预测模块进行转捩预测分析,大幅缩减了计算周期,从而实现跨声速民机典型后掠机翼三维边界层的快速转捩预测。转捩预测模块基于线性稳定性理论的双e^(N)方法,可以同时考虑横流驻波不稳定模态和Tollmien-Schlichting波不稳定模态对转捩的影响。目前,公开的跨声速高雷诺数民机自然层流试验数据十分稀缺,本文以NASA公开的跨声速高雷诺数自然层流标模CRM-NLF为研究对象,研究了迎角、雷诺数和马赫数对转捩的影响。计算结果与试验结果以及基于RANS的转捩计算结果吻合很好,说明开发的快速转捩预测工具高效可靠,可以用于跨声速民机层流机翼设计和优化。 展开更多

关键词 跨声速自然层流标模 快速分析工具 e^(N)方法 转捩预测

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跨声速自然层流短舱气动设计和风洞试验研究 被引量：7

15

作者 杜玺 闫海津 +3 位作者 吴宇昂 李政德 杨志刚 林大楷 《航空科学技术》 2019年第9期63-72,共10页

层流控制技术是一个降低摩擦阻力的有效手段,为了设计出更经济、更环保的民用客机,需要开展层流技术的应用探索。随着飞机发动机技术的不断进步,涡扇发动机涵道比在不断增大,因此,短舱尺寸也在跟着加大,如果短舱上能够实现大面积的层流... 层流控制技术是一个降低摩擦阻力的有效手段,为了设计出更经济、更环保的民用客机,需要开展层流技术的应用探索。随着飞机发动机技术的不断进步,涡扇发动机涵道比在不断增大,因此,短舱尺寸也在跟着加大,如果短舱上能够实现大面积的层流,就可以为全机带来较明显的经济性收益。本文总结了针对宽体客机开展的自然层流(NLF)短舱气动设计、数值计算和风洞试验验证工作。首先针对层流短舱外形进行气动设计,保证巡航点有一定的顺压梯度,随后采用带有γ-Reθ转捩模型的计算流体力学(CFD)工具对设计方案层流区域进行评估,最后开展风洞试验对设计方案和转捩预测工具进行校核验证。该试验在德国ETW跨声速风洞进行,对层流短舱高速气动性能进行校核,采用TSP进行转捩位置测量,结果表明层流区域长度占短舱外表面弦长的30%~55%。 展开更多

关键词 自然层流短舱 高雷诺数风洞试验 跨声速层流技术 气动设计 发动机短舱

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自然层流翼型高雷诺数风洞试验研究 被引量：5

16

作者 赖国俊 李政德 张颖哲 《航空科学技术》 2017年第8期12-15,共4页

针对所设计的自然层流翼型,在高速风洞中开展了自然层流翼型高雷诺数风洞试验研究。试验运用了测压和红外成像等技术手段,在马赫数Ma=0.74和雷诺数Re=1.5×10~7条件下获得了压力分布、升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数和红外图像... 针对所设计的自然层流翼型,在高速风洞中开展了自然层流翼型高雷诺数风洞试验研究。试验运用了测压和红外成像等技术手段,在马赫数Ma=0.74和雷诺数Re=1.5×10~7条件下获得了压力分布、升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数和红外图像。试验结果表明,在试验条件下,该翼型上表面能够保持良好的顺压梯度;该翼型具有良好的纵向气动特性;在迎角α=0°时,上、下翼面流动均能保持约60%的层流面积区。 展开更多

关键词 自然层流翼型 风洞试验 高雷诺数 红外成像 转捩探测

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超临界自然层流翼型的数值优化设计

17

作者 赵文华 乔志德 《航空计算技术》 1992年第1期18-23,共6页

超临界自然层流翼型是在超临界翼型和自然层流减阻的基础上发展起来的,具有优良的气动特性,是发展新型干线客机的关键技术。本文采用数值优化方法设计超临界自然层流翼型,得到了性能比较优良的翼型。与在中国空气动力研究与发展中心二... 超临界自然层流翼型是在超临界翼型和自然层流减阻的基础上发展起来的,具有优良的气动特性,是发展新型干线客机的关键技术。本文采用数值优化方法设计超临界自然层流翼型,得到了性能比较优良的翼型。与在中国空气动力研究与发展中心二所的实验资料进行比较,说明本文的方法是可靠实用而又经济的方法。 展开更多

关键词 超临界 自然层流翼型 翼型 设计

全文增补中

高速自然层流翼型高效气动稳健优化设计方法 被引量：13

18

作者 赵欢 高正红 夏露 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期263-280,共18页

先进高速高升力自然层流(NLF)翼型的设计已经成为提高新一代高空长航时(HALE)无人机(UAV)性能的重要手段。然而这类翼型表面极易出现分离泡和激波等,尤其对于马赫数、飞行攻角等状态波动气动特性非常敏感,这导致传统的层流翼型设计方法... 先进高速高升力自然层流(NLF)翼型的设计已经成为提高新一代高空长航时(HALE)无人机(UAV)性能的重要手段。然而这类翼型表面极易出现分离泡和激波等,尤其对于马赫数、飞行攻角等状态波动气动特性非常敏感,这导致传统的层流翼型设计方法设计的外形在面向工程应用中出现稳健性差,难以被工程使用。气动稳健设计(RADO)方法虽然是一种有希望的解决途径,但它遭遇了巨大计算花费的难题。为了解决这些问题,通过对影响气动稳健优化设计效率的关键技术进行研究,发展了基于自适应前向-后向选择(AFBS)的稀疏多项式混沌重构方法,极大改善了不确定分析(UQ)和稳健优化效率。同时,也发展了考虑多参数不确定的高效气动稳健优化设计方法,有效解决了传统翼型设计方法难以满足高速高升力自然层流翼型设计要求兼顾高升力设计、自然层流设计以及超临界设计的难题。最后使用发展的方法成功设计了一类具有典型特点的跨空域稳健自然层流翼型。结果表明设计的翼型相对于经典的全球鹰无人机翼型气动性能全面提升,同时低阻范围更大,气动性能更加稳健,从而验证了稳健优化方法的有效性和相对于确定性设计的优势。 展开更多

关键词 高速自然层流翼型 自然层流设计 高空长航时无人机 稳健设计 不确定分析 多项式混沌展开

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基于EFFD方法的自然层流短舱优化设计 被引量：16

19

作者 何小龙 白俊强 +2 位作者 夏露 陈颂 乔磊 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2311-2320,共10页

采用extended free-form deformation(EFFD)方法研究了自然层流(natural laminar flow,NLF)短舱的气动外形优化设计方法.使用基于Bernstein基函数的EFFD方法完成了NLF短舱剖面的参数化,利用基于k-εSST(shear stress transport)两方程... 采用extended free-form deformation(EFFD)方法研究了自然层流(natural laminar flow,NLF)短舱的气动外形优化设计方法.使用基于Bernstein基函数的EFFD方法完成了NLF短舱剖面的参数化,利用基于k-εSST(shear stress transport)两方程湍流模型的γ-θ转捩模型进行自然转捩预测,结合EFFD、一种混合动网格方法、Kriging代理模型和改进的粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)建立了针对NLF短舱气动外形的优化设计框架.采用该框架分别对通气NLF短舱和带动力NLF短舱进行优化设计.单独通气NLF短舱优化结果的外表面实现48%的层流,阻力系数比初始通气NLF短舱减小了0.0003.带动力NLF短舱的优化结果外表面保持了41%的层流.这些结果表明采用相关技术建立的优化设计框架在NLF短舱设计中具有一定应用价值. 展开更多

关键词 自然层流短舱 气动外形优化设计 extended free-form deformation(EFFD) 转捩模型 粒子群算法(PSO) KRIGING

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多目标自然层流翼型反设计方法 被引量：9

20

作者 邓磊 乔志德 +1 位作者 熊俊涛 杨旭东 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1373-1378,共6页

进行了基于扰动放大N-因子的目标压力分布设计方法的多目标自然层流(NLF)翼型反设计方法研究。流场分析和转捩位置计算用XFOIL程序,大大减少了计算花费。用N-因子设计方法进行有NLF范围要求和满足气动约束的目标压力计算,压力恢复段的... 进行了基于扰动放大N-因子的目标压力分布设计方法的多目标自然层流(NLF)翼型反设计方法研究。流场分析和转捩位置计算用XFOIL程序,大大减少了计算花费。用N-因子设计方法进行有NLF范围要求和满足气动约束的目标压力计算,压力恢复段的压力分布用Stratford分离准则来进行设计。用基于响应面方法的优化方法来进行反设计计算,使用不含二阶交叉项的二次多项式模型的响应面模型,大大减少了构造模型所需的试验次数;设计空间内试验点的选取满足D-优化准则。根据设计目标的设计状态,进行了多目标翼型反设计。计算结果表明,设计结果的层流范围和设计目标基本吻合,该方法可以用于NLF翼型的多目标反设计中。 展开更多

关键词 自然层流 翼型 多目标 响应面方法 反设计

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