基于氣動外形優化和主動流動控制的減阻技術
關鍵詞：湍流減阻 主動流動控制 外形優化 空氣動力學 cfd
摘要：增升和減阻是民用飛機設計的永恒目標。本文對民用飛機減阻技術最新進展及未來發展進行綜述,在此基礎上,報道了計算所團隊通過數值優化設計及主動流動控制實現減阻的研究進展。為此,發展了基于壁面模化大渦模擬(WMLES)準確模擬湍流邊界層的先進數值方法,以及利用伴隨方程方法實現氣動外形快速數值優化的技術。在具體實踐中,通過組合基于自由變形(FFD)的幾何參數化模塊、基于線彈性體法的網格變形模塊,以及基于伴隨方程方法和序列二次規劃(SQP)的優化算法模塊,搭建了面向工程、適于超大規模變量優化設計的整機氣動優化設計平臺,在NASACRM模型上實現了設計變量超過600的大變量、跨聲速氣動數值優化設計,在合理的工程約束條件下,有效削弱了機翼表面激波,總體減阻率達到2%以上;通過對湍流平板邊界層外層結構進行射流非定常控制,在中等雷諾數Reτ=4700條件下,實現了5%~6%的當地減阻率。研究證實,數值優化設計和基于外層射流控制的主動流動控制技術將是大型民用飛機減阻中非常有前景和值得重視的兩種方法。
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