基于准则的大展弦比飞翼气动设计

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1、2015年9月第4l卷第9期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsSeptember2015V01．41No．9http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0672基于准则的大展弦比飞翼气动设计甘文彪“，周洲2，许晓平2(1．北京航空航天大学无人驾驶飞行器设计研究所，北京100191；2．西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：从设计实

2、际出发，为切实提高气动性能，开展了大展弦比飞翼无人机(UAV)的气动设计及分析研究．在设计分析过程中，依据飞翼无人机的特征，提出了气动设计准则；基于设计准则，采用更新设计的策略，结合变可信度数值模拟、代理模型优化方法构建了优化设计框架；针对飞翼无人机开展了参数化表达、无限插值网格自动生成以及多轮更新优化，得到了优化推荐构型；应用7．Rem转捩模型方法对优化构型的气动性能进行了细致地验证分析．研究结果表明：通过气动设计，飞翼无人机设计构型很好地契合了设计准则，其巡航升阻比相比最初的原始构型提高了14％，y—Re以转捩模型能较细致地分

3、析大展弦比飞翼的流动特征．关键词：飞翼；设计准则；优化设计；转捩模型；验证分析中图分类号：V211．4文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)09—1608-07现代高空无人机(UAV)设计对气动和隐身性能的要求越来越高，为了在一定的隐身条件下取得更高的气动性能，典型的先进高空无人机(如RQl70、RQl80等)均采用大展弦比飞翼布局．大展弦比飞翼无人机翼身高度融合，需要严格满足装载和隐身要求，具有特殊的气动性能，其气动设计主要受3个方面的影响：①机身布置以及机身对展向流动的影响；②机翼典型截面翼型的流动特征；③机翼

4、翼面参数变化以及翼尖效应．随飞行速度的变化，大展弦比飞翼无人机的展向流动特征和二维截面翼型的特征将发生显著的变化，这将深刻地影响其升阻和力矩性能．为改进飞翼的气动性能，很多作者针对飞翼开展了相关研究分析¨11．Wood和Bauer对100年来飞翼布局飞机的研究进行了回顾¨1，Grellmann介绍了B2飞机的气动设计¨1，Liebeck针对亚声速翼身融合的飞翼布局飞机进行了设计研究Do]，Mialon等针对飞翼构型开展了气动优化设计¨1

5、，Qin等也对翼身融合(BWB)的飞翼布局飞机进行了气动性能研究012]，Leifsson等对

6、分布式BWB构型开展了多学科优化设计¨⋯，胡添元开展了飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究¨4

7、，鲍君波等开展了飞翼布局气动方案优选和试验验证¨5

8、，这些以及其他与飞翼相关的研究工作都能够为飞翼无人机的气动设计提供借鉴，但大多侧重于小展弦比飞翼布局气动分析研究，对大展弦比飞翼的流动特征和气动优化设计体现的少，而本文将针对大展弦比飞翼无人机来开展气动设计和流动特征分析．1设计方法1．1设计准则从设计实际和工程实用出发，针对大展弦比飞翼无人机气动构型开展设计，其研究主体是：为提高设计效率和避免多学科设计的复杂性，结合设计的先验知识，以最

9、优气动性能为目标，在装收稿日期：2014—10-30；录用日期：2015-01-23；网络出版时间：2015-04-2916：43网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150429．1643．001．html基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(YwF一15-GJSYS-031)；国家自然科学基金(11302178)+通讯作者：甘文彪(1985一)，男，湖南邵阳人，讲师，ganhope@buaa．edu．cn，主要研究方向为飞行器总体气动设计与计算流体力学．芎f用格式：甘文彪，

10、周洲，许晓平．基于准则的大晨弦比飞冥气动设计fJJ．北京航空航天天学学报，2015，41p)：1608·1614．GanWB，ZhouZ，XuxP．Aerodynamicdesignofhigh—aspect—ratioflyingwingbasedoncr／ter／afJJ．JournalofBeltingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(9)：1608一1614(inChinese)．第9期甘文彪，等：基于准则的大展弦比飞翼气动设计1609载、强度和隐身约束下来确定飞

11、翼全机外形．事实上，理解分析大展弦比飞翼布局形式，可以对其构型设计提炼出如下准则：①由于全机基本构型暂不考虑推进系统，因此对进排气系统的隐身和流动要求，不需要细化；②在设计时需要满足总体设计对翼面积的要求，设计过程将在总体设想的初始构型上展开；③由