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基于控制理论的多段翼型优化设计及增升装置成型技术

作　者: 蔡锦阳
导　师: 孙刚
学　校: 复旦大学
专　业: 飞行器设计与工程
关键词: 增升装置控制理论嵌套网格多段翼型优化最大升力系数
分类号: V224.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在基于梯度优化的各种方法中,控制理论求解梯度的优化方法具有求解效率高,计算结果精确等优点。它的核心思想是通过求解共轭方程,可以直接得到优化设计中目标函数对设计变量的梯度,避免了其他方法求解梯度时需要花费大量计算时间反复求解流场的缺点,适合在大量设计变量情况下进行优化,采用控制理论进行优化,其每一轮优化所需时间只相当于两倍流场求解时间,可以大大减少整个优化设计中的计算时间。论文围绕了增升装置成型技术和多段翼型优化设计,开展了以下四个方面的工作：1.发展了一种工程实际中增升装置成型的高效方法,在CATIA软件中实现了从二维多段翼型到三维增升装置气动外形的成型,模拟了三维情况下增升装置着陆构型的打开,在工程实际中有一定实用价值。2.采用嵌套网格技术对多段翼型进行数值模拟,通过GAW-1算例验证了本文方法的正确性与程序的可靠性,为多段翼型的优化设计工作奠定了基础。3.详细推导了基于Navier-Stokes方程的共轭方程及其边界条件,给出了以压力分布为目标函数的反设计梯度求解公式和以升力系数为目标函数的梯度求解公式。4.在不改变巡航构型的设计原则下,对三段翼型的后缘襟翼进行优化设计。在优化设计中,采用最速下降法为优化策略,首先通过反设计算例验证了优化程序的正确性与可靠性；然后以升力系数为目标函数,选取后缘襟翼上表面外形设计数据点、缝道参数和偏角为设计变量,进行了升力系数的优化,完成了三段翼型的最大升力系数优化设计。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-14
  1.1 研究背景  7-10
  1.2 优化设计方法  10-13
  1.3 本文主要工作  13-14
第二章增升装置设计原理  14-27
  2.1 增升装置的增升机理  14
  2.2 增升装置的种类  14-18
  2.3 增升装置的几何参数定义  18
  2.4 增升装置设计准则  18-19
  2.5 多段翼型剖面参数选取准则  19-20
  2.6 增升装置三维成型  20-27
    2.6.1 前缘缝翼曲面外形生成  20-24
    2.6.2 后缘襟翼曲面外形生成  24
    2.6.3 增升装置曲面外形快速修改变换  24-25
    2.6.4 三维增升装置缝道参数  25-27
第三章流场数值计算方法  27-40
  3.1 直角坐标系及曲线坐标系下的N-S方程  27-29
  3.2 空间离散与时间推进  29-34
    3.2.1 空间离散  29-31
    3.2.2 时间推进格式  31-34
  3.3 边界条件  34-35
    3.3.1 物面边界条件  34
    3.3.2 远场边界条件  34-35
  3.4 S-A湍流模型  35-36
  3.5 网格生成和嵌套网格  36-37
    3.5.1 网格生成  36-37
    3.5.2 嵌套网格  37
  3.6 流场验证  37-40
第四章控制理论  40-58
  4.1 使用控制理论进行优化设计的基本理论  40-41
  4.2 共轭方程推导  41-51
    4.2.1 欧拉方程的共轭方程  44
    4.2.2 粘性对共轭方程的贡献  44-45
    4.2.3 动量方程对共轭方程的贡献  45-46
    4.2.4 能量方程对共轭方程的贡献  46-48
    4.2.5 粘性共轭方程  48-51
  4.3 梯度、边界条件与目标函数的推导  51-56
  4.4 二维粘性共轭方程及其数值求解  56-58
第五章多段翼型优化  58-70
  5.1 多段翼型优化对象  58-59
  5.2 优化算法  59-62
  5.3 优化验证算例  62-63
  5.4 多段翼型最大升力优化  63-70
第六章结论与展望  70-71
  6.1 论文工作总结  70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
附录攻读硕士学位期间完成的学术论文  75-76

基于控制理论的多段翼型优化设计及增升装置成型技术

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