[發明專利]一種兼顧自然層流特性和超臨界特性的翼型及其設計方法

有效

• 申請號: 202010598184.1
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111737821B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 韓忠華;池江波;許朕銘;宋文萍;張科施;許建華
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種兼顧自然層流特性和超臨界特性的翼型，其特征在于，在設計狀態下，翼型上表面具有以下的壓力分布形態：

在翼型上表面40％C到50％C的區域，局部壓力分布順壓梯度的值為零；在翼型上表面50％C到58％C的區域，局部壓力分布順壓梯度的值從零逐漸線性減小，58％C處的順壓梯度值不小于-0.4；

在翼型上表面前緣區域，即弦向范圍為5％C～40％C的區域，局部壓力分布順壓梯度的值逐漸線性增加到零，5％C處的順壓梯度值不小于-2.4；其中，C為翼型弦長；

兼顧自然層流特性和超臨界特性的翼型的上表面數據點坐標見表1；兼顧自然層流特性和超臨界特性的翼型的下表面數據點坐標見表2；

表1翼型的上表面數據點

表2翼型的下表面數據點

其中，X/C_up表示翼型的上表面橫坐標；Y/C_up表示翼型的上表面縱坐標；X/C_low表示翼型的下表面橫坐標；Y/C_low表示翼型的下表面縱坐標。

2.一種權利要求1所述的兼顧自然層流特性和超臨界特性的翼型的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，確定設計變量：

采用CST參數化方法對基準翼型進行參數化描述，8階CST共18個CST參數，分別為B₁,B₂,..,B₁₈，由此確定設計變量為：X＝(B₁,B₂,..,B₁₈)；

步驟2，確定反設計目標：

將翼型上表面如下的壓力分布形態，作為反設計目標：

在設計狀態下，在翼型上表面40％C到50％C的區域，局部壓力分布順壓梯度的值為零；在翼型上表面50％C到58％C的區域，局部壓力分布順壓梯度的值從零逐漸線性減小，58％C處的順壓梯度值不小于-0.4；

在翼型上表面前緣區域，即弦向范圍為5％C～40％C的區域，局部壓力分布順壓梯度的值逐漸線性增加到零，5％C處的順壓梯度值不小于-2.4；其中，C為翼型弦長；

步驟3，確定總目標函數：

采用加權系數法將步驟2確定的反設計目標的局部壓力分布的吻合度和直接優化設計目標阻力系數的加權目標作為總目標函數，總目標函數obj表達式為：

obj＝W₁·obj₁+W₂·obj₂

obj₁＝A₁·∑(C_p-C_p,target)²，obj₂＝A₂·C_d

A₁＝1/∑(C_p,base-C_p,target)²,A₂＝1/C_d,base

其中：

obj₁為壓力分布反設計目標，即為步驟2確定的反設計目標，即優化過程中間翼型壓力分布與目標壓力分布之差的平方和；

obj₂為直接優化設計目標，即優化過程中間翼型的阻力系數值；

obj為總目標函數；

A₁為第一歸一化參數，為目標壓力分布C_p,target與基準翼型壓力分布C_p,base差的平方和的倒數；

A₂為第二歸一化參數，為基準翼型的阻力系數的倒數；

C_p為優化過程中間翼型的壓力分布值；

C_p,target為目標壓力分布值；

C_p,base為基準翼型壓力分布值；

C_d為優化過程中間翼型的阻力系數值；

C_d,base為基準翼型的阻力系數值；

W₁，W₂分別為反設計目標和直接優化設計目標對應的權重系數，取W₁＝0.9，W₂＝0.1；

步驟4，確定優化約束條件：

優化約束條件為：

C_L＝C_L0

|C_M|≤|C_M0|

Thickness≥Thickness₀

其中：

C_L為優化過程中間翼型的升力系數；

C_L0為基準翼型的升力系數；

C_M為優化過程中間翼型的力矩系數；

C_M0為基準翼型的力矩系數；

Thickness為優化過程中間翼型的最大厚度值；

Thickness₀為基準翼型的最大厚度值；

因此，優化約束條件為：優化過程中間翼型的升力系數相對基準翼型不減小，采用定升力系數優化；優化過程中間翼型力矩系數的絕對值相比基準翼型不增加；優化過程中間翼型的翼型最大厚度，相比基準翼型不減小；

步驟5，由步驟2確定的翼型上表面壓力分布形態引導優化設計出翼型：

采用代理優化算法對翼型進行混合反設計/優化設計，輸出滿足約束條件且使總目標函數最小時的設計變量值，從而最終確定由局部壓力分布引導優化設計出的翼型幾何外形。