水下滑翔機(jī)發(fā)展至今大體上可以分成2個(gè)大類:常規(guī)布局外形水下滑翔機(jī)與非常規(guī)布局水下滑翔機(jī)。翼身融合水下滑翔機(jī)作為一種非常規(guī)布局水下滑翔機(jī),因其獨(dú)特的流體外形布局,具有更好的流體動(dòng)力特性。但設(shè)計(jì)出具有優(yōu)秀水動(dòng)力性能的翼身融合水下滑翔機(jī)外形較為困難,因此開展翼身融合水下滑翔機(jī)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究工作具有十分重要的意義。開展基于自由變形(FFD)的翼身融合水下滑翔機(jī)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,以FFD參數(shù)化方法為核心,與CFD求解器、優(yōu)化算法、網(wǎng)格變形方法相耦合,組成了完整的自動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)框架,并用該框架開展了翼身融合水下滑翔機(jī)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。以翼身融合水下滑翔機(jī)下沉和上浮一個(gè)工作周期的平均阻力系數(shù)為目標(biāo)函數(shù),在考慮體積約束的條件下開展外形優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化結(jié)果表明翼身融合水下滑翔機(jī)的滑翔性能得到了明顯提升。

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圖6優(yōu)化前后FFD控制體

圖5迭代過程對(duì)比優(yōu)化前后的相關(guān)流體參數(shù)如表2所示。

圖8壓力云圖

圖7優(yōu)化前后截面形狀對(duì)比3結(jié)論

圖1外形優(yōu)化設(shè)計(jì)框架

下面主要介紹框架中的FFD參數(shù)化方法、網(wǎng)格變形算法及SQP優(yōu)化算法。1.1FFD參數(shù)化方法

圖2翼身融合式水下滑翔機(jī)

利用外形優(yōu)化設(shè)計(jì)框架對(duì)翼身融合水下滑翔機(jī)開展外形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。初始水下滑翔機(jī)由5個(gè)NACA翼型放樣得到,如圖2所示�？紤]到數(shù)值模擬的計(jì)算量及直接優(yōu)化整機(jī)可能造成左右不對(duì)稱問題,因此選用一半的滑翔機(jī)外形進(jìn)行優(yōu)化。使用ICEM軟件繪制結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,計(jì)算域?yàn)殚L方體域,大小為20m×20....

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