一种大型民机机翼变弯度设计方法技术

本发明专利技术涉及一种大型民机机翼设计方法，特别涉及一种大型民机机翼变弯度设计方法。所述的方法通过在给定的初始外形和飞行条件下，建立一组变弯度舵偏样本，并分析舵偏样本对应飞行条件的气动性能，构建代理模型，通过对代理模型的优化，得出给定工况下的最佳舵偏。该方法提供了一种快速、精确设计大型民机机翼变弯度设计方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大型民机机翼设计方法，特别涉及。
技术介绍
大型民机通常采用阶梯巡航的方式，其巡航升力系数是在一定范围内变化的。此夕卜，由于受到航路管制、大气环境的影响，飞机也并非严格按照设计巡航状态飞行。上述因素使得大型民机常会出现马赫数和升力系数偏离设计点的情况。大型民用飞机最重要的一个设计指标就是巡航升阻比。在气动设计中，对于固定巡航构型的飞机，虽然可以通过采用多点多目标优化设计一定程度上兼顾非设计点的升阻比性能，但受构型本身固定的限制，偏离巡航点后的升阻比并不是最优的。基于上述原因，能够根据飞行工况来改变构型的机翼变弯度技术成为研究的热点。变弯度机翼技术关键的问题是如何获得不同设计工况下的最优弯度，即不同升力系数、巡航马赫数。从公开文献的方法看，目前解决上述问题的方法基本是基于风洞试验插值、经验公式或者通过试飞获得。其中，风洞试验插值方法周期长，风洞试验工况有限，且对于非线性问题插值易丢失精度；经验公式对于存在激波流动现象的超临界机翼变弯度问题，精度较差；试飞方法虽然结果最可靠，但周期长且花费大，由于试飞时机翼构型及变弯度机构已固定，后续技术修改的难度较大。综合上述问题，对于具有气动非线性的超临界机翼的大型民机而言，缺少一种快速预测最优机翼弯度且能较好满足精度要求的设计方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题:提供一种能够快速、准确确定大型民机机翼变弯度的方法。本专利技术的技术方案:所述的方法主要通过在给定的初始外形和飞行条件下，建立一组变弯度舵偏样本，并分析舵偏样本对应飞行条件的气动性能，构建代理模型，通过对代理模型的优化，得出给定工况下的最佳舵偏。作为本技术方案的一种改进，所述的方法包括如下步骤:步骤一，确定机翼的剖面形状、平面形状参数和舵面基本参数以及设计升力系数和马赫数范围；步骤二，在弯度变化范围给定一组均布的弯度舵偏样本，并分析上述舵偏样本对应不同马赫数、升力系数的气动性能；步骤三，构建代理模型，通过模型获取后缘弯度与气动特性之间的代理关系；步骤四，对所构建的代理模型进行优化，求出给定工况下的最佳舵偏；步骤五，对优化得到的最优舵偏进行校核，检验其是否满足精度要求，如满足则输出最佳舵偏，如不满足则对舵偏样本分布进行加密并更新代理模型重新优化。作为本技术方案的一种改进，弯度舵偏样本的数量可根据机翼气动性能的非线性程度确定，非线性越高所需样本数量越多。作为本技术方案的一种改进，弯度舵偏样本的间隔为0.25° -1°舵偏。作为本技术方案的一种改进，所选用的代理模型为Kriging代理模型。作为本技术方案的一种改进，采用CFD对弯度舵偏样本进行分析，得出舵偏样本对应不同马赫数、升力系数的气动性能。作为本技术方案的一种改进，采用遗传算法对所构建的代理模型进行优化。本专利技术的有益效果:1、不同于其它方法，本方法通过构建机翼弯度与气动性能之间关系的代理模型，来实现机翼最佳弯度的快速求解，采用本方法的设计周期短；2、相比经验公式计算或者风洞试验插值，基于Kriging模型的机翼变弯度代理模型能够更好的反映非线性气动问题，验证结果表明该模型具有较好的分析精度，能够满足机翼变弯度设计需求。3、通过构建代理模型即可在设计工况的给定范围内，预测所有机翼弯度的气动性能，进而能够更全面的分析机翼弯度与气动性能之间的规律。4、代理模型是基于机翼变弯度样本的CFD分析结果基础上构建，相对风洞试验和试飞设计花费较少。【附图说明】图1为本专利技术的流程框图；图2为后缘变弯度的超临界翼型；图3为最优弯度翼型与原始翼型压力分布的比较；图4为翼型最优弯度随马赫数的非线性变化；图5为不同马赫数下最优弯度翼型与原始翼型压力分布的比较；图6为不同升力系数下的翼型后缘弯度最优解；图7为不同马赫数下的翼型后缘弯度最优解。【具体实施方式】下面结合附图对本技术方案做进一步详细说明。所述的方法主要通过在给定的初始外形和飞行条件下，建立一组变弯度舵偏样本，并分析舵偏样本对应飞行条件的气动性能，构建代理模型，通过对代理模型的优化，得出给定工况下的最佳舵偏。基于代理模型的大型民机机翼/翼型变弯度设计的流程见图1:①确定机翼的剖面形状、平面形状参数和舵面基本参数以及设计升力系数和马赫数范围；②给定一组在弯度变化范围内均布的弯度舵偏样本，变弯度机翼/翼型所需舵偏范围较小，样本数量可根据机翼气动性能的非线性程度确定，非线性越高所需样本点越多，初步建议样本间隔取0.25° -1°舵偏，并利用计算流体力学CFD分析上述舵偏样本对应不同马赫数、升力系数的气动性能构建代理模型，这里采用Kriging代理模型，通过模型获取后缘弯度与气动特性之间的代理关系，用于后续优化替代直接的CFD分析以舵偏△ deflect1n为设计变量，阻力系数Cd为目标函数，飞行速度Ma和升力系数C:为约束条件，采用遗传算法对所构建的代理模型进行优化，求出给定工况下的最佳舵偏对优化得到的最优舵偏进行CFD校核，检验其是否满足精度要求，如满足则输出最佳舵偏，如不满足则对舵偏样本分布进行加密并更新代理模型重新优化。正确构建的机翼/翼型变弯度代理模型，能够在求解最佳弯度过程中具有较高的精度，即精度接近CFD分析结果，同时计算量很小，一般求解时间在数秒以内，从而提高了变弯度设计优化效率。此外，代理模型一旦构建完成后，便可快速获取给定机翼/翼型弯度下的气动性能，无需进行复杂的CFD计算。本方法在构建代理模型过程中，采用了 Kriging代理模型。Kriging模型作为估计方差最小的无偏估计模型，具有当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型民机机翼变弯度设计方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：步骤一，确定机翼的剖面形状、平面形状参数和舵面基本参数以及设计升力系数和马赫数范围；步骤二，在弯度变化范围内给定一组均布的弯度舵偏样本，并分析上述舵偏样本对应不同马赫数、升力系数的气动性能；步骤三，构建代理模型，通过模型获取后缘弯度与气动特性之间的代理关系；步骤四，对所构建的代理模型进行优化，求出给定工况下的最佳舵偏；步骤五，对优化得到的最优舵偏进行校核，检验其是否满足精度要求，如满足则输出最佳舵偏，如不满足则对舵偏样本分布进行加密并更新代理模型重新优化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁煜，单肖文，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，中国商用飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11