FFD方法在气动优化设计中应用.pdf

中国科学: 物理学 力学 天文学 2014 年 第44 卷 第3 期: 267– 277 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 民机论坛专题·论文 FFD 方法在气动优化设计中的应用 * 王丹 , 白俊强, 黄江涛 西北工业大学航空学院, 西安 710072 *联系人, E-mail: wangdan_hong@163.com 收稿日期: 2013-04-17; 接受日期: 2013-09-27 摘要 本文将基于弹性体变形思想的 FFD(Free Form Deformation, 自由变形)方法引入飞机气动外形 优化设计中, 为气动优化设计提供了一种快速、有效的参数化方法和自动网格生成方法. 对FFD 方法的 原理进行分析, 归纳了FFD 方法的特点; 将FFD 方法应用于几何外形参数化和空间网格自动生成中, 建 立了基于FFD 方法和遗传算法的翼型优化设计系统以及基于FFD 方法、遗传算法和Kriging 代理模型的 翼根整流包优化设计系统; 分别对NACA0012 翼型和DLRF4 翼身组合体翼根整流包进行减阻优化设计, 优化结果得到了显著的减阻成效, 证明了FFD 方法在气动优化设计中有很好的应用效果. 关键词 FFD, 优化设计, 自动网格生成, 翼型设计, 机翼整流包设计 PACS: 02.10.Ox, 02.60.-x, 02.60.Cb, 47.85.Gj, 47.85.lb doi: 10.1360/132013-189 气动外形优化设计主要包括气动外形的参数化、 生成计算网的格质量和速率也密切影响着优化结果. 计算流场网格的生成、CFD(Computational Fluid 优化设计中常用的自动网格生成方法有弹簧法、无限 Dynamics, 计算流体力学)模拟计算、优化有哪些信誉好的足球投注网站算法 差值法等, 以及借助于商用软件调用脚本生成网格 这四个方面内容. 参数化方法的好坏直接影响了优 等方法. 这些网格生成方法与参数化方法没有直接 化结果, 目前常用的参数化方法有: 网格点法(基于 联系, 需要另外进行, 效率不高. 近年来国内外有很 点的变形)[1,2] [3] 、各种型函数法、偏微分方程法、多项 多人对曲面参数化做了研究, Samareh 等人 对 式与样条法、设计变量有物理意义的几何参数化方法 NURBS 变形方法进行了研, 但 NURBS 方法只能对 等. 对于日趋精细的气动外形设计, 参数化方法要求 模型表面网格进行变化, 优化设计中的空间流场计 能光滑描述几何外形、具有充满设计空间的变形多样 算网格需要另外生成; Song 等人[4]对基于B-spline 和 性、方便进行局部修型等特点. 传统的参数化方法对 CAD(Computer Aided Design, 计算机辅助设计)实体 曲线变形控制较为成熟, 但在曲面变形方面的能力 建模相结合的曲面参数化方法进行了研究, 但该方 差强人意, 通常需要较多的设计变量来控制形变. 计 法中变形曲面的最终获得需借助 CAD 工具实现, 并 算流场网格的生成作为优化设计中的关键技术之一, 且计算网格的生成也还需另外操作, 在优化过程中 引用格式: 王丹, 白俊强, 黄江涛. FFD 方法在气动优化设计中的应用. 中国科学: 物理学