跨声速自然层流翼型设计

论文摘要

层流减阻是提高民用飞机经济型的重要措施,是当前航空界研究和发展的前沿技术。本文针对跨声速自然层流翼型开展了相关的优化设计方法和应用研究。研究和发展了一种跨声速自然层流（Natural Laminar Flow,NLF）翼型的优化设计方法。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+θtγ?Re四方程模型的计算流体力学（Computation Fluid Dynamics,CFD）数值模拟技术。对跨声速自然层流翼型的优化设计方法采用三个实例进行了验证。实例一以现有的跨声速层流翼型为参考,对初始翼型进行优化设计。实例二从层流翼型的外形特点出发,以超临界翼型为初始翼型进行优化设计。实例三从层流翼型的外形特点出发,以初始气动特性较差的翼型为初始翼型进行优化设计。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。本文也将上述自然层流翼型优化设计方法结合2.5D设计技术,完成了某支线客机小后掠层流机翼方案的三维机翼优化设计,设计出的机翼有较好的气动特性,并且机翼表面的层流覆盖也满足了层流机翼的设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 层流减阻研究背景
• 1.2 层流减阻原理
• 1.3 层流减阻研究难点和研究现状
• 1.4 自然层流翼型设计技术
• 1.4.1 自然层流翼型反设计技术
• 1.4.2 自然层流翼型优化设计技术
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 跨声速自然层流翼型设计
• 2.1 跨声速自然层流翼型设计总体方案
• 2.2 翼型几何外形参数化描述
• 2.3 跨声速层流绕流数值模拟方法
• 2.3.1 雷诺平均Navier-Stokes方程
• 2.3.2 湍流模型
• 2.3.3 转捩模型
• 2.3.4 算例验证
• 2.4 跨声速自然层流翼型优化算法
• 2.5 跨声速自然层流翼型约束条件和设计目标
• 2.6 跨声速自然层流翼型优化设计流程
• 第三章 跨声速自然层流翼型设计实例
• 3.1 实例一:NACA0012翼型向HSNLF（1）-0213跨声速层流翼型优化
• 3.2 实例二:从RAE2822翼型开始的跨声速自然层流翼型优化设计
• 3.3 实例三: 从NACA0012翼型开始的跨声速自然层流翼型优化设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 跨声速自然层流机翼的 2.5D优化设计
• 4.1 跨声速自然层流机翼的总体参数
• 4.2 跨声速自然层流机翼的初步设计
• 4.2.1 设计目标
• 4.2.2 三维机翼初始配置
• 4.2.3 三维设计参数向二维设计转换
• 4.2.4 三维机翼控制界面优化
• 4.2.5 优化前后三维机翼气动对比分析
• 4.2.6 进一步改进设计的构想
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢