【摘要】：為減小跨聲速風(fēng)洞的洞壁干擾,滿足飛行器地面氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)的精度要求,開(kāi)展跨聲速孔壁的幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為必要。諸如最優(yōu)的開(kāi)閉比、傾斜角和深徑比等。本文基于課題組發(fā)展的統(tǒng)一壁面流動(dòng)模型,開(kāi)展了壁板最優(yōu)開(kāi)閉比的優(yōu)化設(shè)計(jì),研究了非均勻開(kāi)閉比分布下的洞壁干擾修正。首先,將DLR-F4翼身組合體分別置于上下壁面為變開(kāi)閉比的透氣壁風(fēng)洞洞壁數(shù)值模擬邊界條件與遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件中,采用CFD方法進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算,壁面開(kāi)閉比即為本文優(yōu)化參數(shù)。通過(guò)拉丁超立方采樣,分別設(shè)計(jì)了0.6馬赫數(shù)與0.75馬赫數(shù)下各70組樣本點(diǎn),將每一組流體計(jì)算結(jié)果的壁面位置處的質(zhì)量流量與遠(yuǎn)場(chǎng)同樣位置處質(zhì)量流量的差值進(jìn)行積分,此處積分值即為本文單目標(biāo)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。在此基礎(chǔ)上,利用Isight軟件,為減少大量的繞流計(jì)算采用Kriging近似模型,并結(jié)合多島遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化得到結(jié)果。其次,將優(yōu)化后的開(kāi)閉比結(jié)果代入透氣壁壁面邊界條件,再次進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算。通過(guò)對(duì)比優(yōu)化后的變開(kāi)閉比邊界狀態(tài)、遠(yuǎn)場(chǎng)邊界狀態(tài)、均勻斜孔壁狀態(tài)以及均勻直孔壁狀態(tài)下的流場(chǎng)特性可知:在優(yōu)化后的變開(kāi)閉比壁面邊界條件下,DLR-F4的升力系數(shù)得到明顯提高,洞壁干擾效應(yīng)明顯減小,顯著提高了流場(chǎng)質(zhì)量。本文對(duì)跨聲速透氣壁風(fēng)洞壁面的設(shè)計(jì)提供了一種更為簡(jiǎn)單高效的方式,減小了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)成本,洞壁干擾修正的精度得以極大提高。
【圖文】：

1.1 跨聲速風(fēng)洞洞壁研究背景在現(xiàn)代飛行器的研制過(guò)程中，風(fēng)洞試驗(yàn)和 CFD 計(jì)算二者總是相互驗(yàn)證，相互補(bǔ)充，這極大的節(jié)省了飛機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)費(fèi)用[1]，其中，風(fēng)洞試驗(yàn)一直是空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域不可或缺的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具，由于其結(jié)果具有較高的精確度與準(zhǔn)確度，因此一直是飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的主要來(lái)源。但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取總是耗費(fèi)著大量的人力與物力。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，流場(chǎng)數(shù)值模擬逐漸取代了大量的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。已逐漸成為各種飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的必要工具之一。跨聲速風(fēng)洞通常是指實(shí)驗(yàn)段氣流的馬赫數(shù)為 0.4~1.4 之間的風(fēng)洞。風(fēng)洞洞壁通常采用透氣壁的方式，一般來(lái)說(shuō)，跨聲速風(fēng)洞洞壁的透氣壁形式分為開(kāi)孔式與開(kāi)縫式。我國(guó)最常用是開(kāi)孔式（如圖 1.1），歐美國(guó)家則采用開(kāi)縫式（如圖 1.2）。風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性通常受風(fēng)洞品質(zhì)的優(yōu)劣，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性大小，測(cè)量控制水平高低，數(shù)據(jù)采集的方式是否合理，數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)以及其他各種各樣可能存在的干擾修正等諸多因素的影響[2]。在這些影響形式中，風(fēng)洞洞壁干擾成為不可忽視的因素之一。在跨聲速風(fēng)洞中，由于存在著復(fù)雜的流場(chǎng)和各種各樣的激波形式，很難進(jìn)行壁面干擾修正。透氣壁的出現(xiàn)可以減小風(fēng)洞中的各種堵塞問(wèn)題，為跨聲速風(fēng)洞提供均勻流動(dòng)的空氣。同時(shí)，它也可以減小或消除跨聲速風(fēng)洞洞壁的干擾和沖擊反射的影響[3]。

1.1 跨聲速風(fēng)洞洞壁研究背景在現(xiàn)代飛行器的研制過(guò)程中，，風(fēng)洞試驗(yàn)和 CFD 計(jì)算二者總是相互驗(yàn)證，相互補(bǔ)充，這極大的節(jié)省了飛機(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)費(fèi)用[1]，其中，風(fēng)洞試驗(yàn)一直是空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域不可或缺的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具，由于其結(jié)果具有較高的精確度與準(zhǔn)確度，因此一直是飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的主要來(lái)源。但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取總是耗費(fèi)著大量的人力與物力。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，流場(chǎng)數(shù)值模擬逐漸取代了大量的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。已逐漸成為各種飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)的必要工具之一�？缏曀亠L(fēng)洞通常是指實(shí)驗(yàn)段氣流的馬赫數(shù)為 0.4~1.4 之間的風(fēng)洞。風(fēng)洞洞壁通常采用透氣壁的方式，一般來(lái)說(shuō)，跨聲速風(fēng)洞洞壁的透氣壁形式分為開(kāi)孔式與開(kāi)縫式。我國(guó)最常用是開(kāi)孔式（如圖 1.1），歐美國(guó)家則采用開(kāi)縫式（如圖 1.2）。風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性通常受風(fēng)洞品質(zhì)的優(yōu)劣，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性大小，測(cè)量控制水平高低，數(shù)據(jù)采集的方式是否合理，數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)以及其他各種各樣可能存在的干擾修正等諸多因素的影響[2]。在這些影響形式中，風(fēng)洞洞壁干擾成為不可忽視的因素之一。在跨聲速風(fēng)洞中，由于存在著復(fù)雜的流場(chǎng)和各種各樣的激波形式，很難進(jìn)行壁面干擾修正。透氣壁的出現(xiàn)可以減小風(fēng)洞中的各種堵塞問(wèn)題，為跨聲速風(fēng)洞提供均勻流動(dòng)的空氣。同時(shí)，它也可以減小或消除跨聲速風(fēng)洞洞壁的干擾和沖擊反射的影響[3]。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V211.74

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本文編號(hào)：2654303