飞翼布局隐身翼型优化设计.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr252014V01．35No．4957—967ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cn飞翼布局隐身翼型优化设计张彬乾1，罗烈1，陈真利1’*，沈冬1，焦子涵2，袁广田11．西北工业大学航空学院，陕西西安7100722．中国航天科技集团公司北京临近空间飞行器系统工程研究所，北京100076摘要：针对飞翼布局设计中气动与隐身设计矛盾更为突

2、出的问题，采用高精度气动和隐身计算方法，建立了基于Par—sec参数化方法、径向基函数(RBF)神经网络、Pareto遗传算法和松散式代理模型管理方法的翼型多目标优化设计平台。根据飞翼布局内外翼不同功能和特点，确定了内外翼翼型不同的优化设计目标和约束条件，开展了兼顾气动与隐身性能要求的翼型综合优化设计研究。结果表明：对兼顾气动与隐身性能要求的飞翼布局，内翼段翼型主要通过弯度、前缘半径、尾缘角及厚度等设计，减小低头力矩和重点方位角的雷达散射截面(RCS)均值。外翼段翼型上表面的几何形状对跨声速气动效率

3、的影响很大，应通过上表面设计提高跨声速气动效率，重点方位角RCS均值的减小则通过下表面设计实现。某些翼型参数对气动和隐身性能均有较大影响，但作用相反，应作为综合优化设计的主要设计参数，并采用不同的优化设计策略。Pareto方法给出的前沿阵面可为飞翼布局的三维设计提供更丰富的信息。关键词：飞翼布局；隐身翼型；矩量法；气动与隐身设计；Pareto遗传算法；优化设计中图分类号：V211．41；0355文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)04—0957—11飞翼布局由于良好的气动效率和隐身

4、性能，成为下一代先进作战飞机的重点发展方向之一。飞翼布局由于自身的特点，其翼型设计与常规布局相比存在一些差异[1‘3]。一般来说，根据用途的不同，可将飞翼布局分为内翼段和外翼段。内翼段在满足人员、设备装载需求和提供部分升力的同时，还应具备提供全机纵向稳定和操纵的能力n娟]。因此，内翼段翼型设计的约束包括：装载要求的厚度约束，纵向配平要求的俯仰力矩约束以及保证气动性能的升力和升阻比约束。外翼段与常规布局的机翼设计要求差别不大，但考虑飞翼布局无尾和后掠的特点，若直接使用超临界翼型，会产生较大的低头力矩，

5、增加布局配平难度。因此，进行外翼段翼型设计时，需要对俯仰力矩进行约束，在保证全机巡航状态配平的前提下，尽量减小激波强度和推迟流动的分离，提高全机的巡航效率。另一方面，在取消垂尾，并对进气口和座舱等强散射源采取必要的隐身措施之后，外形参数的精细设计是飞翼布局雷达散射截面(RadarCrossSection，RCS)减缩的重要手段之一。目前，国内外见诸报道的相关研究主要集中于飞翼布局的平面形状，对翼型的资料相对较少[7。9]，且多限于设计方法研究，可供飞翼布局设计参考的翼型则少见。然而，从对国外飞翼布局

6、飞机的分析可以发现，诸如：B-2、X一45C、X-47B和神经元等隐身作战飞机，采用的翼型都与现有单纯按照气动要求设计的翼型差别较大。因此，开展兼顾气动和隐收稿151期：2013—06-07；退修日期：2013-07-26；录用日期：2013—10·21；网络出版时间：2013—11·0117：15网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20131101．1715．004．html基金项目：国家级项目*通讯作者．Tel．：029—88494846E—mail

7、：zhenlichen@nwpuedu．cn掰甬格武}ZhangBQ．LuoL．ChenZL．eta1．OnstealthaiffoEoptimizationdesignforflyingwingconfiguration￡JI．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(4)：957-967．张彬乾．罗烈．睬真翻，等飞翼布局隐身翼型傥化设讨[Jj．航空学报．2014．35(4)：957-967．航空学报Apr252014Vol35No．4身性能要求的翼型

8、设计研究具有重要的理论与工程价值。本文针对某飞翼布局开展了基于内外翼不同设计要求的翼型气动与隐身综合优化设计研究。乙1气动与隐身计算方法1．1气动计算方法流场求解采用守恒形式的二维可压缩雷诺平均Navier—Stokes方程，中心有限体积法对Navi—er-Stokes方程进行空间离散，四步Runge—Kutta方法作显示时间推进，选取B-L(Baldwin-Lo—max)代数湍流模型，并采用当地时间步长和隐式残差光顺等加速收敛措施。采用C型拓扑结构生成翼型网格，其中