改变飞机变体机翼优化方法与气动特性仿真

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1、第30卷第3期计算机仿真2013年3月文章编号：1006—9348(2013)03—0088—04改变飞机变体机翼优化方法与气动特性仿真杜厦，昂海松(南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016)摘要：为使变翼型便携式小型无人机拥有低起飞速度和较高的巡航速度，快速到达目的地的同时能有效改善无人机以不同方式起飞的性能，采用B样条方法描述翼型形状，用XFOIL软件进行气动计算，用遗传算法进行迭代计算，对无人机的翼型形状进行优化设计，得到了一个可以由巡航阶段翼型简单变化而来的改善飞机起飞性能的翼型形状。采用CFD仿真软件对翼型升阻力特性

2、进行分析，并获得了采用变体技术的飞机在巡航阶段翼型和起飞阶段翼型的气动参数。最后通过对变体无人机和非变体无人机以不同方式起飞的起飞轨迹的仿真计算、比较证明了采用变翼型技术的无人机在采用不同方式起飞时都能有效改善起飞性能。关键词：变翼型技术；便携式无人机；起飞速度；巡航速度；翼型优化设计中图分类号：V212文献标识码：BOptimizationMethodandAerodynamicCharacterSimulationofMorphingWingDUSha，ANGHai—song(CoHegeofAerospceEngineering，

3、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，N删ingJiangsu210016，China)ABSTRACT：Byusingmorphingairfoiltechnology，aportablesmallunmannedaerovehicle(UAV)canhavelowtakingupspeedandfastercruisingspeed．ThenthesmallUAVcantakeoffbyhandthroworlaunchbyalaunchingcradlewithashotgui

4、derail，andgetthetargetregionrapidly．Inthepaper，BSplineWasusedtorepresenttheair-foil，theXFOILwasusedtocalculatethepolarcharacteroftheairfoil，geneticalgorithmmethodWaSusedtooptimizetheparameter，andallofthemwereputtogetherbytheoptimalsoftwareIsight．AnairfoilWaSobtainedfromt

5、hecruiseairfoilbytheoptimizationwhichcanreducethetakingoffspeedoftheUAV．CFDsimulationsoftwareWaSusedtoanalysetheaerodynamiccharacterofthemorphingwingandfixedwing．Theflightpathsofthemorphingandfixedwingplaneswerecomparedwithdifferenttakingoffmethods；itisprovedthatthemorph

6、ingairfoiltechnologyCanchangethetakingoffcharacterefficiently．KEYWORD$：Morphingairfoil；Portableunmannedaerovehicle；Takeoffspeed；Cruisespeed；Airfoiloptimization1引言传统飞机设计中针对飞机的巡航状态来设计、选取布局方案和翼型形状参数，所以飞机在巡航状态下有很好的飞行效率。对于巡航速度较高的无人机，这种外形方案导致飞机在起飞、着陆过程中速度较高，会降低飞机的安全性并增大起飞的难度尤其

7、是无人机多种多样的起飞方式产生不利影响。为了降低飞机的起飞速度需要飞机具有低速、高升力的气动特性。这就导致在飞机设计过程中针对起飞、着陆状态与巡航状态在飞机翼型的选取上产生很大的矛盾。为了解决这种矛盾，传统飞机在起飞、着陆过程中，一般采用缝翼、襟翼来增加飞机的升力满足飞机在低速飞行状态收稿13期：2012—06—25—88一下高升力的要求。而襟翼、缝翼在偏转角度大时，容易发生气流分离⋯。而且襟翼、缝翼结构相对复杂，在小型无人机上应用会导致可靠性下降、加工成本增加等。采用鼓包技术增加升力的方法较多的应用于超临界翼型忙’3j。随着智能材料、

8、驱动器技术的进步一些先进的飞机设计单位开始尝试采用变体技术来解决飞机在不同飞行阶段对飞机气动特性的不同要求引发的气动外形设计矛盾。变体技术指通过改变飞机的外形形状来改善其飞行性能。从第二次世界大战第一次提出