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应用Delaunay图映射与FFD技术的层流翼型气动优化设计

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航空学报 2012年第10期33卷 1817-1826页

作者：黄江涛高正红白俊强赵轲李静许放西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室陕西西安710072 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

采用非均匀有理B样条(NURBS)基函数属性建立了任意空间的自由式变形(FFD)翼型参数化方法,进一步结合基于Delaunay图映射技术建立了结构对接网格变形模式,通过粒子群优化(PSO)算法进行参数化方法、网格变形模式以及计算流体力学(CFD)数... 详细信息

采用非均匀有理B样条(NURBS)基函数属性建立了任意空间的自由式变形(FFD)翼型参数化方法,进一步结合基于Delaunay图映射技术建立了结构对接网格变形模式,通过粒子群优化(PSO)算法进行参数化方法、网格变形模式以及计算流体力学(CFD)数值模拟技术之间的整合,研究、构建了气动优化设计系统,并对某型层流理念设计的高空长航时(HALE)飞机基本翼型进行气动优化设计。气动特性目标函数评估方法中,边界层转捩数值模拟技术采用γ-Reθt转捩模型耦合剪切应力输运(SST)模式湍流模型。优化设计后翼型气动特性表明:采用相关技术建立的层流翼型气动优化设计系统对于层流理念设计的HALE飞机翼型的设计具备较高的优化效率。

关键词：气动外形优化设计 Delaunay图映射 FFD技术边界层转捩数值模拟层流翼型

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基于嵌套网格的CHN-T1标模数值模拟

空气动力学学报 2019年第2期37卷 280-290页

作者：杜一鸣庞超舒博文高正红西北工业大学航空学院翼型叶栅空气动力学重点实验室西安710072

为响应第一届航空CFD可信度研讨会(AeCW-1),对CHN-T1标模翼身-尾翼组合体构型采用两种RANS求解器进行了基于结构化嵌套网格的网格收敛性研究和抖振特性计算,并与对接网格结果进行了对比分析。参考AeCW-1网格生成指南自主研发了一族以约... 详细信息

为响应第一届航空CFD可信度研讨会(AeCW-1),对CHN-T1标模翼身-尾翼组合体构型采用两种RANS求解器进行了基于结构化嵌套网格的网格收敛性研究和抖振特性计算,并与对接网格结果进行了对比分析。参考AeCW-1网格生成指南自主研发了一族以约3.3倍规模增长的稀-中等-密-特密嵌套网格系列。相比于分区点对接网格,融合了贴体网格和笛卡尔网格优势的嵌套网格从根本上降低了网格生成难度,单块网格拓扑形式更为合理且正交性较好,同时能够有效地平衡近场和远场的网格量。对于跨音速运输机构型,同等规模下嵌套网格的物面网格密度较对接网格更大,能够对激波和分离等复杂流动进行更理想的预测。对比计算过程中,自研求解器OFS3D表现出了较高的嵌套网格计算效率和可靠性,而NASA CFL3D求解器的嵌套网格计算能力有待进一步挖掘和验证。计算还发现,不同湍流模型得到的表面压力分布、分离区大小以及最大升力系数存在差别,而风洞模型支撑和机翼静气弹变形对飞行器力矩特性预测影响较大。

关键词：验证与确认 CHN-T1标模嵌套网格网格收敛性抖振特性

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飞行器多学科耦合伴随体系的现状与发展趋势

航空学报 2020年第5期41卷 1-24,F0002页

作者：黄江涛刘刚高正红周铸陈作斌江雄中国空气动力研究与发展中心绵阳621000 西北工业大学航空学院西安710072

多学科耦合伴随方法具有多学科耦合灵敏度计算量与各个学科设计变量个数均基本无关等优点,是一个值得关注的发展方向。面向气动、电磁、声学、结构、红外等与飞行器设计息息相关的学科,针对多学科耦合伴随方法的优势、现状、难点以及未... 详细信息

多学科耦合伴随方法具有多学科耦合灵敏度计算量与各个学科设计变量个数均基本无关等优点,是一个值得关注的发展方向。面向气动、电磁、声学、结构、红外等与飞行器设计息息相关的学科,针对多学科耦合伴随方法的优势、现状、难点以及未来发展趋势开展研究与论述,系统性地分析了单一学科、多学科伴随方法的核心内容、关键技术与发展现状,对边界条件处理、交叉学科雅克比推导以及大型稀疏矩阵存储处理、求解等关键技术进行系统讨论,针对典型的关键环节和基础科学问题,给出了研究思路与解决方案,并进一步展望了多学科耦合伴随理论与应用发展趋势。希望能够为从事多学科伴随优化方法与应用的研究人员提供有意义的参考,促进多学科耦合灵敏度这一基础科学问题以及基于高保真度分析手段的多学科优化(MDO)技术的发展。

关键词：多学科耦合伴随方法多学科优化耦合灵敏度交叉雅克比不确定度分析

基于流场/声爆耦合伴随方程的超声速公务机声爆优化

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航空学报 2019年第5期40卷 46-56页

作者：黄江涛张绎典高正红余婧周铸余雷中国空气动力研究与发展中心，绵阳 621000 西北工业大学航空学院，西安 710072

基于自主研发的大规模并行结构化网格CFD求解器PMB3D以及并行化伴随方程求解器PADJ3D,开展了流场/声爆伴随方程的求解研究。首先采用标准算例,对内部CFD代码PMB3D软件和声爆预测代码进行了声爆计算可信度验证,以及声爆强度对近场声压梯... 详细信息

基于自主研发的大规模并行结构化网格CFD求解器PMB3D以及并行化伴随方程求解器PADJ3D,开展了流场/声爆伴随方程的求解研究。首先采用标准算例,对内部CFD代码PMB3D软件和声爆预测代码进行了声爆计算可信度验证,以及声爆强度对近场声压梯度的校核。针对并行环境下多块对接网格的近场声压提取操作的复杂性,提出了"包围盒"的方法实现并行环境下近场声压装配单元编号、网格块编号以及对应的进程编号确定,基于声爆计算坐标将并行传递的数据进行一维排序,为声爆预测、伴随方程以及梯度求解提供输入条件。通过线性插值雅克比矩阵实现均匀坐标系梯度信息向非均匀坐标转换,并进一步根据结构化网格特征提出了插值原则,简化了近场声压转换雅克比矩阵的变分。通过装配单元记录,实现声爆强度对流场守恒变量的变分结果向各个进程装配,将装配结果作为流场伴随方程的右端项实现流场声爆耦合伴随方程的求解。此外,对小型超声速公务机开展了声爆优化,对比分析了设计前后的声压及其频谱特性。

关键词：离散伴随流场/声爆耦合伴随方程目标函数变分声爆优化并行计算超声速公务机

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k-ωSST湍流模式三维激波分离流动修正

力学学报 2022年第6期54卷 1485-1501,I0001页

作者：杜一鸣高正红舒博文邱福生宋辰星沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 西北工业大学航空学院西安710072 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

“激波−边界层分离”是航空气动领域的典型湍流非平衡流动问题,准确模拟激波分离对于跨声速飞行器气动性能评估和优化设计具有重要意义.然而传统涡黏性湍流模式中涡黏性系数的定义方式并不适用于非平衡流动,k-ωSST湍流模式为此引入的Br... 详细信息

“激波−边界层分离”是航空气动领域的典型湍流非平衡流动问题,准确模拟激波分离对于跨声速飞行器气动性能评估和优化设计具有重要意义.然而传统涡黏性湍流模式中涡黏性系数的定义方式并不适用于非平衡流动,k-ωSST湍流模式为此引入的Bradshaw假设在应用于三维强逆压梯度和较大分离流动时反而限制了雷诺应力的生成,导致包括k-ωSST在内的常用涡黏性湍流模式均无法对此类流动进行准确模拟.同时,现有的非线性雷诺应力本构关系也并不能有效提高模拟精度.为此,针对k-ωSST模式分别提出了基于Bradshaw假设和基于长度尺度的两种激波分离流动修正方法.前者通过提高Bradshaw常数的方式放宽了对雷诺应力生成的限制,后者则从湍流长度尺度概念出发,利用混合长度理论、湍动能生成/耗散之比和一种新定义的长度尺度之比构造了ω方程耗散项修正函数,提高了模式在三维激波分离流动中的建模长度尺度.两种方法对ONERA M6机翼跨声速大攻角流动均能得到较雷诺应力模式更好的模拟结果.进一步的雷诺应力分析表明,三维激波分离流动中“主雷诺应力分量”的概念不再成立,各雷诺应力分量大小接近.网格收敛性分析、对其他攻角状态的验证以及湍流平板边界层壁面律验证进一步确认了所提出的两种修正方法的合理性、有效性和通用性.

关键词：湍流模式修正激波分离流动 k-ω SST 模式雷诺应力 Bradshaw 假设湍流长度尺度

变体飞行器变形方式及气动布局设计关键技术研究进展

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航空学报 2024年第6期45卷 1-47,F0002页

作者：陈树生贾苜梁刘衍旭高正红向星皓西北工业大学航空学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

能够根据任务需求、飞行环境自适应改变外形来达到最佳飞行性能的变体飞行器已成为未来飞行器发展的重要方向之一。综述了变体飞行器变形方式及气动布局设计关键技术研究现状。首先,按照时间发展历程,将变体技术的发展分为简单机械变形... 详细信息

能够根据任务需求、飞行环境自适应改变外形来达到最佳飞行性能的变体飞行器已成为未来飞行器发展的重要方向之一。综述了变体飞行器变形方式及气动布局设计关键技术研究现状。首先,按照时间发展历程,将变体技术的发展分为简单机械变形、多维度柔性变形2个阶段。其次,按照变体部位和变形方式详细介绍了头部变体、机翼变体、动力装置变体和组合变体方案的发展历程和现状,重点阐述了可变后掠机翼、可变前掠机翼、折叠机翼、伸缩机翼、斜置机翼、连续变弯度机翼等机翼变体方案的研究进展,总结其在不同布局构型上的应用,并分析了各自的气动、操稳特性。之后,归纳了飞行器变体的实现目的,将其分为单域最优变构型、多域融合变构型、一器多能变构型3种。接着,与固定外形飞行器进行对比,梳理了变体飞行器因为变构型的实现而衍生的气动布局与总体协调设计、时变空气动力学效应评估、气动布局方案优化、多学科耦合设计等方面的关键技术难点,重点对变体飞行器动态气动力计算方法和气动优化设计技术的研究进展和现状进行了综述和分析。最后,展望了变体技术未来研究方向和发展前景,面向宽速域和大空域飞行需求,探索可以提高多飞行任务性能的新概念变形方式,建立智能变体设计模型及多学科强耦合一体化设计体系将成为重要发展趋势。

关键词：变体飞行器变形方式机翼变体优化设计非定常效应多学科一体化

基于任意空间属性FFD技术的融合式翼稍小翼稳健型气动优化设计

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航空学报 2013年第1期34卷 37-45页

作者：黄江涛高正红白俊强赵轲李静许放西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室陕西西安710072 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

以非均匀有理B样条基函数为空间控制体属性,建立了任意空间形状自由变形(FFD)技术参数化方法。所建立的气动外形参数化系统通过FFD控制体的分布以及控制顶点的合理选取,能够对任意复杂外形进行参数化设计。首先采用FFD控制体对某型客机... 详细信息

以非均匀有理B样条基函数为空间控制体属性,建立了任意空间形状自由变形(FFD)技术参数化方法。所建立的气动外形参数化系统通过FFD控制体的分布以及控制顶点的合理选取,能够对任意复杂外形进行参数化设计。首先采用FFD控制体对某型客机翼稍小翼进行空间属性构建;然后结合基于Delaunay图映射技术建立了结构对接网格变形模式,采用分群粒子群算法以及误差反向传播训练算法(BP)神经网络进行稳健型气动优化系统的构建;最后对某型客机融合式翼稍小翼的后掠角、倾斜角和高度等参数进行稳健型气动优化设计,分析对比了优化前后翼梢小翼表面压力云图、截面压力分布及载荷分布。优化设计结果表明:设计后的翼稍小翼的升阻比与阻力发散特性明显提高。

关键词：翼稍小翼 FFD技术稳健型设计 BP神经网络 Delaunay图映射粒子群算法

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共挤膜机组中新一代内冷控制技术

橡塑技术与装备 2010年第2期36卷 39-40页

作者：高正洪黄强江阴申恒特种新材料有限公司江苏江阴214400

介绍新一代内冷控制技术的结构和原理。在共挤吹膜机组中的应用中,冷却效果好,机组产量大幅提高,膜泡控制稳定,制膜质量可靠。

关键词：共挤膜内冷控制系统电气转换器超声波传感器气流控制阀变频风机

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二元激波矢量喷管矢量性能敏感性分析

航空学报 2023年第13期44卷 38-51页

作者：舒博文黄江涛高正红刘刚何成军夏露西北工业大学航空学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

流体推力矢量技术因其响应快、重量轻、隐身性能好等优势被视为极低可探测布局飞行器发展的关键技术。目前针对流体推力矢量喷管性能的研究主要集中在单变量研究,开展流体推力矢量喷管多变量敏感性分析,有助于明确影响喷管矢量性能的关... 详细信息

流体推力矢量技术因其响应快、重量轻、隐身性能好等优势被视为极低可探测布局飞行器发展的关键技术。目前针对流体推力矢量喷管性能的研究主要集中在单变量研究,开展流体推力矢量喷管多变量敏感性分析,有助于明确影响喷管矢量性能的关键参数,指导流体推力矢量喷管设计。基于非嵌入多项式混沌的敏感性分析方法开展了二元激波矢量喷管不同目标对外流马赫数、射流位置、射流角度、喷管落压比(NPR)、二次流压比(SPRt)、主流温比、次流温比共7个设计变量的全局敏感性及相关性分析研究。结果表明:矢量角和矢量效率对射流位置敏感性显著,推力系数对NPR、外流马赫数、二次流压比的敏感性较强,二次流流量比对NPR、SPRt较敏感,主流及次流总温与环境温度的比值对矢量性能的贡献主要体现在二次流流量比中。矢量角和二次流流量比的提升均导致推力损失,又以二次流流量比影响最大。外流马赫数的增大改变了喷管的实际压比,降低了喷管的矢量性能。二次流位置靠近喉道时,射流前分离延伸至喉道,射流后分离在大NPR下发生再附,喷管气动型面变化导致矢量性能下降,严重时发生矢量角反向。激波矢量喷管设计时应使射流位置靠近喷管出口,通过调整射流角度使喷管内弓形激波在给定NPR、SPRt下发展至喷管出口附近,从而在不增加二次流流量比的情况下提升矢量性能。合理的参数组合可以缓解外流马赫数增大对喷管矢量性能的负面影响,且可在不增大二次流流量比的情况下提升喷管矢量性能。

关键词：流体推力矢量二元喷管激波矢量喷管全局敏感性分析非嵌入多项式混沌横向射流