陳帥 中國特種飛行器研究所

一、引言

在過去的10 年里，優(yōu)化設(shè)計(jì)主要通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，然而當(dāng)涉及大量設(shè)計(jì)變量時(shí)需要極大的計(jì)算量。為了進(jìn)行有效的優(yōu)化工作，發(fā)展了一種伴隨求解方法，伴隨方法通過求解一系列伴隨方程計(jì)算包含方向和大小信息的梯度，其計(jì)算量與設(shè)計(jì)變量的數(shù)目無關(guān)。

本文主要目的是測試由Fluent2019R3 提供的伴隨求解器，探索該伴隨求解器是否能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，是否能夠提升氣動(dòng)性能，是否能夠減少設(shè)計(jì)時(shí)間?；谠摪殡S求解器計(jì)算了某翼型及M6 機(jī)翼，測試了其魯棒性、計(jì)算資源需求及易用性，模型清理采用SCDM 軟件，網(wǎng)格劃分采用Fluent Meshing 軟件，流場求解及優(yōu)化采用Fluent，計(jì)算結(jié)果通過Tecplot 可視化處理。通過計(jì)算表明Fluent 伴隨求解器能夠應(yīng)用于工程實(shí)用中，并且隨著Fluent 的發(fā)展，該方法也會(huì)越來越完善。

二、算例計(jì)算與分析

對(duì)onera M6 機(jī)翼進(jìn)行減阻優(yōu)化設(shè)計(jì)，網(wǎng)格采用非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格，網(wǎng)格單元共計(jì)430 萬。計(jì)算狀態(tài)為Mafalse=0.8395；αfalse=3.06°；Re false=5.0E6。湍流模型選擇k-ωSSTfalse;目標(biāo)函數(shù)為升阻比最大化，約束為機(jī)翼面積不減小。優(yōu)化的結(jié)果如下：

圖1 優(yōu)化前后壓強(qiáng)云圖對(duì)比

圖2 η=60%剖面處壓強(qiáng)分布及剖面形狀變化對(duì)比

表1 給出了優(yōu)化前后升阻比及體積的變化，由于計(jì)算資源有限，僅僅計(jì)算迭代了6 次，升阻比變化不是很明顯，但足夠的迭代次數(shù)能夠獲得較好的效果，同時(shí)機(jī)翼面積得到了很好的約束。

從圖1 可以看出激波后移，同時(shí)強(qiáng)度削弱。從圖2沿展向的1 個(gè)剖面的壓強(qiáng)分布和幾何變化可以看出激波后移及強(qiáng)度削弱，幾何發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，證明該優(yōu)化方法有效果。

三、結(jié)論

O NERA M6 機(jī)翼的氣動(dòng)優(yōu)化有效削弱了激波強(qiáng)度，達(dá)到了優(yōu)化目的，驗(yàn)證了基于Fluent 的氣動(dòng)外形優(yōu)化方法的可行性。同時(shí)本文計(jì)算均在單機(jī)上完成，優(yōu)化效果還算明顯，整個(gè)過程自動(dòng)化程度高，設(shè)置過程簡單，工程實(shí)用性好，具有很好的應(yīng)用前景。