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NFFD控制点分布对气动外形优化的影响

马明生 唐静 李彬 周桂宇

马明生, 唐静, 李彬, 等 . NFFD控制点分布对气动外形优化的影响[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(4): 676-684. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0277
引用本文: 马明生, 唐静, 李彬, 等 . NFFD控制点分布对气动外形优化的影响[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(4): 676-684. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0277
MA Mingsheng, TANG Jing, LI Bin, et al. Effects of NFFD control points distribution on aerodynamic shape optimization[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(4): 676-684. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0277(in Chinese)
Citation: MA Mingsheng, TANG Jing, LI Bin, et al. Effects of NFFD control points distribution on aerodynamic shape optimization[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(4): 676-684. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0277(in Chinese)

NFFD控制点分布对气动外形优化的影响

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0277
详细信息
    作者简介:

    马明生, 男, 博士, 研究员, 博士生导师。主要研究方向:飞行器气动总体设计

    唐静, 男, 博士研究生。主要研究方向:飞行器气动外形优化设计、非结构网格技术

    李彬, 男, 博士。主要研究方向:飞行器气动外形优化设计、外挂物分离投放数值模拟

    通讯作者:

    马明生, E-mail:ma_mingsheng@sina.cn

  • 中图分类号: V221+.3;TB553

Effects of NFFD control points distribution on aerodynamic shape optimization

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  • 摘要:

    基于非均匀有理B样条的自由型面变形(NFFD)技术具有对变形对象普适性和控制点影响区域局部性的特点,广泛应用于气动外形优化。本文通过扩展控制体和合理布置外侧控制点,实现了NFFD技术在参数化曲面并改变曲面形状时,同步变形控制体内的表面网格和空间网格,并从理论上保证了控制体边界内外的网格协调。基于离散伴随方法求取梯度,分别采用拟牛顿(QN)法和序列二次规划(SQP)优化方法,通过从初始翼型NACA0012到标准翼型EH1590的反设计,研究了NFFD控制点数量和分布对设计结果的影响。在某飞翼标模单点全机升阻比优化应用中,改进控制点分布后获得了更高的升阻比,收敛速度显著提高。

     

  • 图 1  变形前后控制体和翼型

    Figure 1.  Control volume and airfoil before and after deformation

    图 2  不同基函数次数时翼型变形

    Figure 2.  Airfoil deformation of different basis function degrees

    图 3  修改后的控制体和变形后的翼型

    Figure 3.  Modified control volume and deformed airfoil

    图 4  二维NFFD控制点和其定义的控制曲面

    Figure 4.  2D control points and control surface of NFFD

    图 5  同时参数化物面和变形空间网格的控制体

    Figure 5.  Control volume for both shape parameterization and space grid deformation

    图 6  NFFD变形空间网格

    Figure 6.  Space grid deformation by NFFD

    图 7  IDWF变形空间网格

    Figure 7.  Space grid deformation by IDWF

    图 8  初始翼型和3种均匀分布控制点

    Figure 8.  Initial airfoil and three types of uniformly distributed control points

    图 9  控制点均匀分布时目标函数收敛历程

    Figure 9.  Convergence history of objective function with uniformly distributed control points

    图 10  控制点均匀分布时反设计翼型比较

    Figure 10.  Comparison of inversely designed airfoils with uniformly distributed control points

    图 11  第1步各控制点的目标函数梯度

    Figure 11.  Objective function gradient of control points at the first step

    图 12  初始翼型和3种聚集分布控制点

    Figure 12.  Initial airfoil and three types of aggregated distributed control points

    图 13  采用QN法和SQP方法的不同控制点目标函数收敛历程

    Figure 13.  Convergence history of objective function based on different control points by QN and SQP methods

    图 14  控制点均匀和聚集分布时反设计翼型比较

    Figure 14.  Comparison of inversely designed airfoils between uniformly and aggregated distributed control points

    图 15  飞翼优化改进前后的控制点及其分布

    Figure 15.  Control points and distribution before and after flying-wing optimization

    图 16  升阻比和相对容积比收敛历程

    Figure 16.  Convergence history of lift-to-drag ratio and volume ratio

    图 17  升力和阻力系数收敛历程

    Figure 17.  Convergence history of lift and drag coefficients

    图 18  优化后不同展向剖面几何形状和压力分布比较

    Figure 18.  Comparison of wing section shapes and pressure distribution at different span location after optimization

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-11
  • 录用日期:  2016-05-20
  • 刊出日期:  2017-04-20

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