基于多级响应面法的翼梢小翼优化设计方法研究

摘要

飞机加装翼梢小翼后可以增升减阻、节省燃油,从而增加飞机的航程或有效装载,具有十分重要的经济效益。到目前为止,世界各国大型运输机加装翼梢小翼已经越来越普遍。与单独优化翼梢小翼外形参数相比,机翼和翼梢小翼一体化设计更有利于提高飞机的气动性能,具有更广泛的工程应用前景。国内外先进客机,如波音747-400、波音787、空客A330和A340及我国的ARJ21等,均采用了机翼和翼梢小翼一体化设计技术。
　　 本文对某型水陆两用飞机机翼加装翼梢小翼的问题进行了研究。为了提高计算效率和准确性,提出了一种基于多级响应面法的气动外形优化设计方法。基本思想是:先进行筛选试验Plackett-Burman设计将设计参数按照其对目标函数的影响分级,接着用最速上升法确定显著程度在95％以上的设计参数的设计中心点,最后用Box-Behnken设计构造多级响应面模型并结合序列二次规划法求解设计条件下的最优外形参数组合。采用该方法,分别对翼梢小翼外形参数优化和机翼和翼梢小翼一体化设计这两个算例进行了计算。计算实例均表明,本方法的计算量相对较小,计算结果的精度和可靠度较高,有一定的工程应用价值。

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表目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 机翼翼梢减阻装置的研究与应用

1.2.1 翼梢小翼

1.2.2 翼梢帆片

1.2.3 翼梢涡扩散器

1.2.4 剪切翼梢

1.3 目前解决气动设计的方法

1.4 试验设计与响应面优化方法

1.4.1 试验设计及其历史进程

1.4.2 响应面法

1.4.3 统计分析软件Minitab简介

1.5 本文的工作

第二章 翼梢小翼的气动设计

2.1 翼梢小翼的空气动力学原理

2.1.1 三元机翼的诱导阻力

2.1.2 翼梢小翼减小诱导阻力的机理

2.2 翼梢小翼的形状及布局

2.3 翼梢小翼在几种飞机上的应用

2.3.1 KC-135空中加油机加装翼梢小翼

2.3.2 DC-10飞机加装翼梢小翼

2.3.3 波音747-400飞机加装翼梢小翼

2.3.4 MD-11飞机加装翼梢小翼

2.4 某型飞机带翼梢小翼机翼的气动性能计算

2.4.1 气动分析模型的建立

2.4.2 数值计算

第三章 基于多级响应面法的翼梢小翼气动外形优化设计

3.1 多级响应曲面设计

3.1.1 Plackett-Burman试验设计

3.1.2 最速上升搜索法

3.1.3 响应曲面设计

3.2 翼梢小翼外形参数的筛选

3.3 确定95％显著水平设计参数的设计中心点

3.4 基于多级响应面模型的优化设计

3.4.1 第一级响应面模型的构造及优化

3.4.2 第二级响应面模型的构造及优化

3.4.3 第三级响应面模型的构造及优化

3.5 结果及分析

第四章 机翼和翼梢小翼一体化设计

4.1 机翼和翼梢小翼外形参数的筛选

4.2 确定95％显著水平设计参数的设计中心点

4.3 基于多级响应面模型的优化设计

4.3.1 第一级响应面模型的构造及优化

4.3.2 第二级响应面模型的构造及优化

4.3.3 第三级响应面模型的构造及优化

4.3.4 第四级响应面模型的构造及优化

4.4 结果及分析

第五章 总结和展望

5.1 本文总结

5.2 进一步的研究

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文