高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法技术

本申请属于飞行器设计领域，特别涉及一种高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法。包括：步骤一、确定优化目标函数；步骤二、确定约束条件；步骤三、采用FFD外形参数化方法确定弹性机翼外形的设计变量，并且给出设计变量的可行性区间；步骤四、构建气动计算模型，计算得到弹性机翼固定升力系数下的阻力系数，并将阻力系数取以10为底的对数；构建电磁计算模型，计算得到

【技术实现步骤摘要】
高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法


[0001]本申请属于飞行器设计领域，特别涉及一种高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法。

技术介绍

[0002]从目前的研究情况可发现，国内众多学者从气动算法、隐身算法、优化算法、代理模型、隐身材料等各个方面对飞行器气动隐身优化方法进行了深入的研究，而且也取得了相应的成果。但依旧存在一些不足，这些不足主要体现在：1、所采用的流场与电磁场的求解器精度不高；2、所采用的优化算法较难处理大规模设计变量的优化问题。主要原因是目前的气动隐身优化研究中主要采用无梯度的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。这类算法的优点是不需要求解目标函数对自变量的梯度，理论上能够收敛到全局最优解，而且容易实现多学科的多目标优化。但往往计算量较大，需要较多的迭代步数才能收敛到最优值。即使采用代理模型提高优化效率，而代理模型的预测精度受设计变量的数量及样本点的规模影响。尤其当设计变量数量较大时，构建代理模型所需的样本点数量可达上千，即需要进行上千次的流场计算及电磁场计算。如果采用精度较高的气动求解器和隐身求解器，计算量与计算机时相当可观。受限于计算机硬件资源，目前研究中气动求解器主要采用的求解速度较快但精度较低的面元法、求解速势方程，而隐身求解器主要以物理光学法为主。虽然也有学者采用雷诺平均N
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S方程和矩量法来进行气动隐身优，但也只局限于二维翼型的优化，无法应用到三维情况。
[0003]因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。r/>
技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供了一种高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
[0005]本申请的技术方案是：
[0006]一种高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法，包括：
[0007]步骤一、确定优化目标函数，具体包括：
[0008]确定气动特性的优化目标为机翼弹性变形后的固定升力系数的阻力系数最小；
[0009]确定电磁特性的优化目标为
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40
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～40
°
角域范围内雷达散射面积RCS均值最小；
[0010]将阻力系数取以10为底的对数后与雷达散射面积RCS均值进行分配权重叠加，得到优化目标函数；
[0011]步骤二、确定约束条件；
[0012]步骤三、采用FFD外形参数化方法确定弹性机翼外形的设计变量，并且给出设计变量的可行性区间；
[0013]步骤四、构建气动计算模型，计算得到弹性机翼固定升力系数下的阻力系数，并将阻力系数取以10为底的对数；
[0014]构建电磁计算模型，计算得到
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40
°
～40
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角域范围内雷达散射面积RCS值；
[0015]步骤五、根据基于伴随方程的梯度快速求解方法确定设计变量的优化方向，并调整设计变量，返回步骤三迭代，直至满足收敛条件，得到根据最终的设计变量，并根据最终的设计变量确定优化后的弹性机翼外形。
[0016]在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，所述约束条件包括：对应亚声速巡航和超声速巡航状态下的升力系数、机翼的纵向不安定度以及不同弦向占位的翼型厚度约束。
[0017]在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，所述设计变量包括翼型前缘半径、翼型弯度、翼型后缘夹角。
[0018]在本申请的至少一个实施例中，步骤四中，采用四边形结构表面网格构建电磁计算模型。
[0019]在本申请的至少一个实施例中，步骤四中，采用多块结构化网格和结构有限元方法构建气动计算网格模型以及结构线性求解模型，通过CFD/CSD分析迭代求解得到弹性机翼固定升力系数下的阻力系数。
[0020]在本申请的至少一个实施例中，步骤五中，所述收敛条件为相邻两次迭代得到的设计变量值变化小于10
‑6，且优化目标函数值变化小于10
‑6。
[0021]专利技术至少存在以下有益技术效果：
[0022]本申请的高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法，能够提升高隐身高机动飞机的翼型气动和隐身的综合性能，基于梯度的弹性机翼气动隐身求解方法可以解决传统优化算法优化时间长的问题。
附图说明
[0023]图1是本申请一个实施方式的阻力系数变化历程；
[0024]图2是本申请一个实施方式的RCS均值变化历程；
[0025]图3是本申请一个实施方式的弹性机翼优化前后构型对比示意图；
[0026]图4是本申请一个实施方式的优化前不同方位角的RCS值示意图；
[0027]图5是本申请一个实施方式的优化后不同方位角的RCS值示意图。
具体实施方式
[0028]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
[0029]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护
范围的限制。
[0030]下面结合附图1至图5对本申请做进一步详细说明。
[0031]本申请提供了一种高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法，包括以下步骤：
[0032]步骤一、确定优化目标函数，具体包括：
[0033]确定气动特性的优化目标为机翼弹性变形后的固定升力系数的阻力系数最小；
[0034]确定电磁特性的优化目标为
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～40
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角域范围内雷达散射面积RCS均值最小；
[0035]将阻力系数取以10为底的对数后与雷达散射面积RCS均值进行分配权重叠加，得到优化目标函数；
[0036]步骤二、确定约束条件；
[0037]在本申请的优选实施例中，步骤二中，约束条件包括：对应亚声速巡航和超声速巡航状态下的升力系数、机翼的纵向不安定度以及不同弦向占位的翼型厚度约束。
[0038]步骤三、采用FFD(自由变形)外形参数化方法确定弹性机翼外形的设计变量，并且给出设计变量的可行性区间；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高隐身高机动布局飞机的弹性机翼气动隐身优化设计方法，其特征在于，包括：步骤一、确定优化目标函数，具体包括：确定气动特性的优化目标为机翼弹性变形后的固定升力系数的阻力系数最小；确定电磁特性的优化目标为
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角域范围内雷达散射面积RCS均值最小；将阻力系数取以10为底的对数后与雷达散射面积RCS均值进行分配权重叠加，得到优化目标函数；步骤二、确定约束条件；步骤三、采用FFD外形参数化方法确定弹性机翼外形的设计变量，并且给出设计变量的可行性区间；步骤四、构建气动计算模型，计算得到弹性机翼固定升力系数下的阻力系数，并将阻力系数取以10为底的对数；构建电磁计算模型，计算得到
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角域范围内雷达散射面积RCS值；步骤五、根据基于伴随方程的梯度快速求解方法确定设计变量的优化方向，并调整设计变量，返回步骤三迭代，直至满足收敛条件，得到根据最终的设计变量，并根据最终的设计变量确定优化后的弹性机...

【专利技术属性】
技术研发人员：左林玄，刘艳，王泽宇，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：