一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法技术

本发明专利技术公开了一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法，包括：获取翼型气动与电磁隐身联合优化的Pareto前沿解；在Pareto前沿解中选择气动性能占优、隐身性能占优以及气动隐身性能均衡的三个二维翼型；将选择的二维翼型作为飞翼布局飞行器外翼段的翼型1和翼型2，形成三种三维飞翼布局构型；对各三维飞翼布局构型进行三维的气动与隐身仿真分析，并根据三维飞翼布局构型的气动和隐身特性数据确定最终翼型选取。本发明专利技术应用于飞翼布局优化技术领域，提出了一种二维优化+三维验证的2.5D优化概念，在常规二维翼型优化基础上增加三维飞翼布局的验证流程，对优化结果继续优选，获得适用于三维飞翼布局的环量控制翼型。用于三维飞翼布局的环量控制翼型。用于三维飞翼布局的环量控制翼型。

【技术实现步骤摘要】
一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法


[0001]本专利技术涉及飞翼布局优化
，具体是一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法。

技术介绍

[0002]飞翼布局通常指没有尾翼且翼身融合，以整个翼身作为升力面的布局。采用飞翼布局的飞行器通常具有较高的升阻比和良好的电磁隐身性能，能够穿破对方防空系统，执行持久的监视和情报收集工作。
[0003]飞翼布局相比常规飞行器有着如下优势：其一，飞翼布局没有尾翼，翼身融合可以消除翼
‑
尾涡流和激波的影响，减小飞行阻力；其二，整个机身作为升力面，翼面积较大因而翼载荷较低，即使是在空气稀薄的高空仍能提供足够升力，相比常规大展弦比高空长航飞行器减少了大翼展所需的结构重量；其三，取消尾翼的同时也取消掉了用于支撑尾翼的支撑结构，使得全机结构重量大大减轻，增大飞行器装载能力；最后，平滑的机身和取消尾翼消除了一些强散射源，使得全机的雷达反射面积显著减少，提高了飞行器的隐身性能。
[0004]飞翼布局飞行器的上述优势，使它受到世界范围内的广泛重视。但随着雷达预警探测系统的快速发展，飞翼布局使用传统舵面配平或机动时，仍将暴露于对方雷达之下，因而不能满足日益激烈的“探测与反探测”的生存需求。传统飞翼布局无人机的舵面偏转会破坏飞翼布局的平滑外形，同时，舵面偏转机构会在飞行器外表面上留下开孔和狭缝，形成电磁波反射源。为了消除舵面机构对飞行器隐身性能的影响，利用后缘环量控制设备替换舵面来进行无人机的飞行控制成为研究前沿。安装后缘环量控制设备的翼型被称为环量控制翼型(CCA)，其部件名称和参数定义如图1所示。
[0005]图1中，坐标系原点O固定在翼型前缘点，翼型的弦向和法向分别为x轴和y轴方向。环量控制翼型的弦长为在x轴方向从翼型前缘点到射流出口位置的距离，定义为c。后缘射流机构包含Coanda曲面、射流出口和高压气室。Coanda曲面的半径定义为R。气体经过高压气室出口(射流出口)形成射流，射流夹带边界层流动让翼型产生气动型弯曲，进而改变翼型环量和升力，环量控制的原理如图2所示。在两侧机翼后缘分别使用环量控制设备，可以进一步产生姿态控制力矩。
[0006]使用环量控制设备代替传统舵面虽让飞机外表面减少了开孔和缝隙，同时避免了偏转舵面对雷达波的散射。但环量控制设备的安装将增大机翼后缘厚度，必然增强后向电磁散射强度。机翼上下表面和Coanda曲面的几何形状决定了环量控制能力和翼型的电磁散射特性，因此有必要开展气动和隐身联合优化，同时提升翼型的气动和隐身特性。另一方面，环量控制翼型主要用于飞翼布局，其后掠角较大，机翼表面的展向流动显著。常规的二维翼型优化方法得到的优化翼型在三维飞翼布局上往往表现不佳。若直接开展三维飞翼布局整机优化，气动和隐身计算量又难以承受。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法，提出了二维优化+三维验证的2.5D优化概念，在常规二维翼型优化基础上增加三维飞翼布局的验证流程，对优化结果继续优选，获得适用于三维飞翼布局的环量控制翼型。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1，获取翼型气动与电磁隐身联合优化的Pareto前沿解；
[0010]步骤2，在Pareto前沿解中选择气动性能占优、隐身性能占优以及气动隐身性能均衡的三个二维翼型；
[0011]步骤3，将选择的二维翼型作为飞翼布局飞行器外翼段的翼型1和翼型2，并放样生成翼型1和翼型2之间的外翼段，形成三种三维飞翼布局构型；
[0012]步骤4，对各三维飞翼布局构型进行三维的气动与隐身仿真分析，并根据三维飞翼布局构型的气动和隐身特性数据确定最终翼型选取。
[0013]在其中一个实施例，步骤1的过程具体为：
[0014]步骤1.1，绘制初始CCA翼型网格，并在翼型上下表面以及Coanda曲面上设置若干控制点，进行翼型参数化建模；
[0015]步骤1.2，基于FFD的翼型几何和网格变形，在设计空间内选取若干样本点，并收集每个样本点的气动数据与隐身数据，构建翼型气动与电磁隐身联合优化的代理模型；
[0016]步骤1.3，基于代理模型，以最小化前、后向
±
20
°
RCS均值、最大化升阻比为优化目标，以设计空间与俯仰力矩系数绝对值小于预设值为约束条件，经过遗传算法优化，得到翼型气动与电磁隐身联合优化的Pareto前沿解。
[0017]在其中一个实施例，步骤1.1中，在翼型上下表面设置控制点的过程为：
[0018]在翼型上表面，沿弦向间隔设置若干第一控制点，其中，第一控制点在翼型前缘的分布密度大于在翼型后缘的分布密度；
[0019]在翼型下表面，沿弦向间隔设置若干第二控制点，其中，第二控制点在翼型前缘的分布密度大于在翼型后缘的分布密度。
[0020]在其中一个实施例，所述第一控制点的数量与所述第二控制点的数量相同且一一对应，相互对应的第一控制点与第二控制点位于翼型的同一法向上。
[0021]在其中一个实施例，所述第一控制点、所述第二控制点沿弦向分布位置为：
[0022][0023]式中，x表示第n个第一控制点或第n个第二控制点到翼型前缘的距离，c为弦长，a、b为计算系数，N为第一控制点或第二控制点的数量，n＝1,2,
…
,N。
[0024]在其中一个实施例，步骤1.1中，在Coanda曲面上设置控制点的过程为：
[0025]在半圆形Coanda曲面上，设置若干沿周向均匀分布的第三控制点。
[0026]在其中一个实施例，步骤1.2与步骤1.3中，所述设计空间为：
[0027]对于翼型上下表面的控制点，其沿翼型法向的纵坐标变化范围为原始翼型厚度的20％；
[0028]对于Coanda曲面上的控制点，其沿Coanda曲面径向移动范围为20％R，其中，R为
Coanda曲面的半径。
[0029]在其中一个实施例，步骤1.3中，所述俯仰力矩系数绝对值小于预设值，具体为：
[0030]俯仰力矩系数绝对值小于或等于0.01。
[0031]本专利技术提供的一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法，具有如下有益技术效果：
[0032]1、基于FFD方法的翼型表面和Coanda曲面联合参数化建模：
[0033]对于翼型上下表面，FFD方法的控制点在翼型前缘分布较密，可更准确地控制小曲率翼型前缘的几何变形；对于半圆形Coanda曲面，控制点沿周向均匀分布，可更全面地控制整个Coanda曲面的几何变形；这样的联合参数化建模方式产生的优化设计空间范围更大，分布更加合理。
[0034]2、建立二维优化+三维验证的翼型2.5D优化流程：
[0035]常规翼型优化终止于二维优化结果，但包含后缘射流机构的翼型主要应用平台为飞翼布局飞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，获取翼型气动与电磁隐身联合优化的Pareto前沿解；步骤2，在Pareto前沿解中选择气动性能占优、隐身性能占优以及气动隐身性能均衡的三个二维翼型；步骤3，将选择的二维翼型作为飞翼布局飞行器外翼段的翼型1和翼型2，并放样生成翼型1和翼型2之间的外翼段，形成三种三维飞翼布局构型；步骤4，对各三维飞翼布局构型进行三维的气动与隐身仿真分析，并根据三维飞翼布局构型的气动和隐身特性数据确定最终翼型选取。2.根据权利要求1所述的环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法，其特征在于，步骤1的过程具体为：步骤1.1，绘制初始CCA翼型网格，并在翼型上下表面以及Coanda曲面上设置若干控制点，进行翼型参数化建模；步骤1.2，基于FFD的翼型几何和网格变形，在设计空间内选取若干样本点，并收集每个样本点的气动数据与隐身数据，构建翼型气动与电磁隐身联合优化的代理模型；步骤1.3，基于代理模型，以最小化前、后向
±
20
°
RCS均值、最大化升阻比为优化目标，以设计空间与俯仰力矩系数绝对值小于预设值为约束条件，经过遗传算法优化，得到翼型气动与电磁隐身联合优化的Pareto前沿解。3.根据权利要求2所述的环量控制翼型气动与电磁隐身联合优化方法，其特征在于，步骤1.1中，在翼型上下表面设置控制点的过程为：在翼型上表面，沿弦向间隔设置若干第一控制点，其中，第一控制点在翼型前缘的分布密度大于在翼型后缘的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾高伟，邵帅，胡德昭，阴鹏，郭正，侯中喜，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：