一种基于冯卡门尺度的湍流模式在模拟稳态和非稳态流动问题中的应用

采用尺度自适应模型(SAS)对稳态和非稳态流动进行了数值仿真。SAS模型有效解决了传统脱体涡数值模拟(DES)方法在网格加密过程中引发的“附面层速度型偏离对数率”的问题;同时,SAS模型的尺度自解效应也赋予了该方法类LES特征,可以在不出现非物理解的前提下有效地释放当地脉动。通过高雷诺数平板边界层模拟,SAS方法在附面层内模拟的速度型分布与理论值贴合得很好,说明该方法对于稳态流动的求解并未偏离RANS模型;同时,在串联双圆柱算例中,SAS方法对于圆柱表面压力分布的预测精度高于其他稳态和非稳态模型,Q云图也显示出该方法的类LES特征。算例结果证明了SAS方法有着一定的工程使用价值。     

基于松散式代理模型管理框架的亚音速机翼优化设计方法研究

基于N-S方程的三维气动外形的优化设计一直以来都因为存在众多的设计变量和庞大的计算量问题而无法实现,为了解决这些问题,文中发展了一套机翼气动优化设计系统,该系统基于模拟退火粒子群优化算法、松散式代理模型以及动网格和改进的HicksHenne函数变形技术,选取翼根、翼梢各18个设计变量进行参数化。按某型飞机设计要求,在给定设计指标下进行优化设计,研究了基于松散式代理模型管理框架下,训练样本采用拉丁超立方方法对Kriging代理模型的预测能力进行评估,以及应用该代理模型框架进行了亚音速机翼的气动外形优化设计,结果显示,优化后机翼的气动特性有着显著提高。     

变弯翼型与增升装置多目标气动优化设计研究

针对二维增升装置低速起飞、着陆状态和变弯度翼型高速巡航状态下的高低速气动特性进行综合优化研究,发展了一种基于Kriging代理模型与多目标遗传算法的增升装置多目标气动优化设计方法。使用自适应下垂式铰链襟翼机构,通过襟翼与扰流板联动偏转来改善飞机的低速起降性能及高速巡航性能。将襟翼铰链位置、扰流板偏角和襟翼偏角作为设计变量,通过求解N-S方程来预测初始样本点气动力,利用Kriging代理模型分别建立起飞、着陆和巡航状态下设计变量与气动力之间的关系,得到多个高效气动力预测模型,最后使用多目标遗传算法在代理模型的基础上进行多目标气动优化设计。设计变量变化时计算网格的自动生成采用RBF(radial basis function)动网格技术来实现。基于搭建的高效全局多目标优化设计平台进行了高低速综合气动性能多目标优化,并对Pareto前沿面的多目标解集进行了多设计点校验与分析,筛选出了多目标并重的优化解。     

基于卷积神经网络的光电导航图像超分辨率方法

本文设计了一种基于卷积神经网络的光电导航图像超分辨率系统,为飞机飞行或着陆、卫星图像提供可靠的导航信息。超清化的可见光图像能够为地面监控人员、飞行员或无人机提供可靠的图像信息。超清化方法可以降低导航系统对硬件设备、计算资源的要求,适用于普通民航客机与搭载低精度摄像头的小型无人机。本文以卷积神经网络作为框架,搭建接近实时计算的图像超分辨率模型。     

新型机翼后缘变弯运动机构仿真及其气动影响研究

采用计算流体力学方法和CATIA DMU Kinematics机构仿真,对一套可用于目前及未来民用客机机翼后缘变弯的增升装置系统进行研究,主要包括襟翼运动机构和扰流板下偏。通过运动学分析,采用的襟翼机构可保证巡航阶段后缘变弯过程中机构上下表面无缝,同时满足起降过程对襟翼的运动轨迹的要求。相比简单铰链机构,应用该机构的起飞构型线性段升力系数增加0.05,升阻比的增加量在0.2%~3%范围内;着陆阶段扰流板下偏,较未偏转扰流板的最大升力系数增加1.14%,且线性段上移0.15,显示了该机构具有较高的增升效率。在二维翼型上应用该机构实现后缘变弯度,升阻比有较大提升,且根据来流马赫数的不同改变后缘弯度可以有效地提高阻力发散马赫数。在某远程宽体客机翼身组合体构型上应用该机构实现巡航阶段后缘变弯度,巡航升阻比的增加量在0.345%~2.28%范围内。综上所述,在不增加机构复杂性和重量的前提下,研究的新型机翼后缘变弯运动机构能够有效地提高气动效率。     

一种代理模型方法及其在气动优化设计中的应用

为减少计算量，将代理模型与遗传算法有效结合，提出了一种高效的代理模型方法。在该方法中，利用高斯过程所提供的预测标准差，通过引入EI方法，较好地解决了算法中校正个体的选择问题。为了验证方法的有效性，使用该方法进行了翼型的气动优化设计，取得了较好的优化效果。与基本遗传算法相比，该方法的优化结果与之相当，但计算时间明显减少，表明该方法在气动优化设计中是十分有效的。     

基于γ-Re_(θt)转捩模型的二维翼型跨音速颤振边界预测EI北大核心CSCD

转捩现象对跨音速流场和气动力有一定影响,但是目前大多数颤振问题研究主要采用全湍假设,并未对转捩现象加以考虑。基于非定常雷诺平均N-S方程(Reynold Averaged Navier-Stockes,RANS)和γ-Re_(θt)转捩模型,耦合结构运动方程,建立时域气动弹性分析方法,其中结构运动方程采用基于预估-校正技术的四阶隐式Adams线性多步法进行时域推进求解;分别对采用全湍假设和考虑转捩影响的Isogai案例A模型的跨音速颤振边界进行研究,从气动力做功的角度分析转捩对跨音速颤振特性的影响机制。结果表明转捩现象使得跨音速凹坑程度较全湍流动有所加深,凹坑范围扩大,跨音速凹坑最低点的颤振速度减小了41.6%;因此,在对表面存在转捩现象的翼型开展颤振分析时,必须在流场控制方程中添加转捩模型,从而准确分析颤振边界。     

遗传算法结合反设计的翼型优化设计研究

针对传统的气动外形优化设计存在计算量大、精度低的不足，以及采用余量修正方法的气动外形反设计存在难以提供合理目标压力的难题，为了提高已有气动外形设计方法的工程实用性，创新性地将优化方法中的遗传算法与反设计的余量修正方法相结合，并采用高精度的CFD分析方法，进行了翼型的气动外形设计。设计实践表明，文中的气动外形设计方法是可行的，且由于在优化方法和反设计方法中采用了不同的CFD分析方法，提高了气动外形设计的效率和精度。     

用CFD/FW-H混合方法计算圆柱/翼型的气动噪声

气动噪声预测的关键在于提高流场的预测精度,特别是对涡流扰动的细节描述。文章采用的是计算流体力学(CFD)与"声比拟"相结合的方法,通过2个步骤模拟流动的声学远场。第1步,在包含所有声源的近场区域内,通过使用DES方法获得控制面处的非定常流场参数;第2步,采用基于可穿透数据面的FW-H方法模拟声学远场。该方法与传统的半经验方法相比,具有计算量小,计算精确,易于工程实现,可以计算非线性噪声。文中对比了URANS和DES 2种方法所算的气动噪声结果。在频域上计算了观测点处的声压级随斯托劳哈数和频率的变化,其结果与国外试验结果对比取得了较好的一致性。