面向机翼气动外形优化的二级优化方法研究

摘要

飞机气动性能的优劣对飞机飞行性能的影响极大，因此，设计合适的机翼气动外形便成为飞机设计的主要任务之一。机翼气动外形设计优化一般有两种方式。一种是对于选定的翼型，通过修改机翼的外形参数进行机翼总体外形优化，使气动性能达到最优；另一种是对于给定的机翼总体外形参数，通过选择不同的翼型或者对已有翼型进行修改，优化气动性能。 本文针对飞机气动外形优化问题，提出了一种流程简单，可同时优化总体外形和剖面形状的二级优化方法。这种方法将优化流程分为总体外形级和剖面形状级两个层次：总体外形级优化任务是将外形参数传递给剖面形状级，并对总体外形进行优化；剖面形状级优化任务是对剖面形状进行优化，并将优化结果返回总体外形级。二级优化最终可获得最优的总体外形和剖面形状组合。 本文先以一个通用航空飞机的机翼为算例，验证了这种二级优化方法的可行性和有效性，然后将此方法应用于某支线客机的机翼气动外形优化。优化结果表明此方法可以在满足结构和内部容积等约束条件的情况下，减小机翼阻力，获得机翼的最优气动外形。