基于离散伴随的层流翼优化设计方法

作     者：杨体浩 王一雯 王雨桐 史亚云 周铸 YANG Tihao;WANG Yiwen;WANG Yutong;SHI Yayun;ZHOU Zhu

作者机构：西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学无人系统技术研究院西安710072 西安交通大学航天学院西安710049 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2022年第43卷第12期

页      面：230-249页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082501[工学-飞行器设计] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(11902320 12002284) 

主　　题：离散伴随 层流转捩 减阻 梯度优化 流向转捩 横流转捩 

摘      要：层流技术是未来发展绿色航空的核心技术,可处理大规模设计变量的高效、鲁棒的优化设计方法是推动层流技术工程应用转化的关键环节之一。基于高可信度RANS求解器,结合准三维层流边界层方程、Drela-Giles和C1准则,建立了可同时捕捉Tollmien-Schlichting(TS)和Crossflow(CF)不稳定性的转捩预测方法,与典型风洞和飞行试验对比,验证了该方法的可靠性。通过严格物面插值、获得准确的间歇因子函数以剔除气动力计算引入的数值噪声,精确推导了考虑转捩的耦合伴随方程,并结合无矩阵存储技术、链式求导法则、反向混合自动微分及Coupled Krylov(CK)算法发展了耦合伴随方程高效求解方法,最终建立了基于离散伴随的层流翼梯度优化设计方法。针对典型客机翼身组合体构型的气动优化显著推迟了转捩,获得了10.48%的减阻收益。优化结果表明,建立的层流翼梯度优化方法能够有效处理多种转捩机制并存的复杂三维层流翼优化问题。