超声速飞行器低声爆气动布局优化设计研究 被引量：11

1

作者 郝璇 苏诚 +1 位作者 刘芳 周家检 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期327-333,共7页

降低声爆噪声水平是未来超声速运输机取得商业成功所必须解决的关键问题之一。针对超声速飞行器声爆噪声预测与控制,建立了基于超声速线化理论及波形参数法的声爆噪声计算方法,与标模lm1021试验结果符合较好,验证了预测方法的可靠性。... 降低声爆噪声水平是未来超声速运输机取得商业成功所必须解决的关键问题之一。针对超声速飞行器声爆噪声预测与控制,建立了基于超声速线化理论及波形参数法的声爆噪声计算方法,与标模lm1021试验结果符合较好,验证了预测方法的可靠性。开展了低声爆气动布局优化设计研究。首先计算了某公务机基本布局的声爆水平并分析了声爆形成原因,在此基础上采用遗传算法分别对机身和机翼平面形状进行了低声爆优化。经过优化后的飞行器布局声爆水平大大降低,地面声爆过压降低了41%,声爆A计权声级降低了7.55dB。同时,采用CFD对优化布局气动力特性进行了计算分析,结果表明在巡航状态下阻力明显降低,而力矩特性基本没有变化。 展开更多

关键词 声爆 超声速运输机 优化设计 气动噪声 超声速线化理论

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超声速飞行器声爆/气动力综合设计技术研究 被引量：5

2

作者 刘刚 黄江涛 +4 位作者 周铸 陈作斌 高正红 钟世东 肖涵山 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第5期858-865,I0001,共9页

低声爆气动外形设计是超声速民机研发的一项关键技术。基于笛卡尔无黏求解器进行了典型民机构型的低声爆设计选型,主要研究了机身轴线弯曲度、机翼平面形状、机身截面积特征等因素对近场过压分布的影响,最终选型出一种超声速飞机气动布... 低声爆气动外形设计是超声速民机研发的一项关键技术。基于笛卡尔无黏求解器进行了典型民机构型的低声爆设计选型,主要研究了机身轴线弯曲度、机翼平面形状、机身截面积特征等因素对近场过压分布的影响,最终选型出一种超声速飞机气动布局。在此气动布局基础之上,结合自主研发的流场/声爆耦合伴随优化设计软件AMDEsign,在指定的低噪声水平声爆信号的条件下,通过对远场声爆信号进行高效反设计,实现了超声速低声爆气动外形的大规模设计变量数值优化,感觉噪声级大幅度降低,分析了外形变化对声爆抑制作用以及近场波系形态,同时也验证了综合设计技术的有效性。 展开更多

关键词 声爆预测 流场/声爆耦合伴随 反设计 等效面积分布 气动布局

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考虑声爆特性的超声速客机气动优化设计 被引量：2

3

作者 刘少伟 白俊强 +2 位作者 余培汛 陈保 周伯霄 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期271-278,共8页

提高巡航气动效率和降低声爆强度是超声速客机设计的关键。首先建立了基于RANS方程的近场CFD预测和基于波形参数法的远场预测相结合的高精度声爆评估方法,然后采用有限差分法求解声爆目标对设计变量的梯度,与由离散伴随方程法求解的气... 提高巡航气动效率和降低声爆强度是超声速客机设计的关键。首先建立了基于RANS方程的近场CFD预测和基于波形参数法的远场预测相结合的高精度声爆评估方法,然后采用有限差分法求解声爆目标对设计变量的梯度,与由离散伴随方程法求解的气动目标函数的梯度进行组装,作为权重目标值的梯度,并耦合自由型面变形参数化技术、基于逆距离权重插值算法的网格变形技术和序列二次规划算法,搭建了考虑声爆特性的气动优化系统。对超声速公务机翼身组合体构型先后进行了考虑声爆的机头偏转气动优化设计和机翼精细化气动减阻优化设计,优化目标分别为声爆值和阻力系数的权重之和、超声速巡航点阻力系数。结果表明,优化后机头下偏削弱了头部向下传播的激波强度,从而减小了远场声爆最大过压值;机翼精细化设计后阻力减幅达9.5%,载荷内移,外翼段压差阻力减小,同时压力分布形态表现出逆压梯度减弱、压力恢复更加平缓的特征。气动声爆综合特性明显优于初始构型,验证了优化系统的有效性。 展开更多

关键词 离散伴随方法 超声速客机 气动优化设计 声爆 波形参数法

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基于混合网格的声爆/气动一体化设计方法研究 被引量：8

4

作者 冯晓强 李占科 +1 位作者 宋笔锋 桑建华 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第1期30-37,共8页

探索了基于混合网格的近场预测以及基于波形参数法的远场预测相结合的声爆预测方法,综合利用了结构化网格计算效率高以及非结构网格对复杂外形适应性好的优点,在保证声爆预测精度的基础上提高了计算效率。在此基础上,建立了基于声爆预... 探索了基于混合网格的近场预测以及基于波形参数法的远场预测相结合的声爆预测方法,综合利用了结构化网格计算效率高以及非结构网格对复杂外形适应性好的优点,在保证声爆预测精度的基础上提高了计算效率。在此基础上,建立了基于声爆预测方法、响应面模型和Pareto遗传算法的声爆/气动一体化设计方法。分析表明,发动机短舱对超声速升阻特性和声爆特征都有较大影响,利用声爆/气动一体化设计方法对发动机短舱位置进行了一体化设计研究。结果表明,建立的响应面模型的精度完全满足要求,根据不同的设计偏向选择了三种优化方案,优化后方案的性能较原始方案都有不同程度的提高。 展开更多

关键词 超声速客机 声爆 激波 遗传算法 优化设计

全文增补中

“飞行器气动/多学科不确定性量化与稳健优化设计”专栏简介

5

作者 《空气动力学学报》编辑部 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第9期35-35,共1页

不确定性存在于飞行器的整个生命周期。在基于高可信度数值模拟的气动/结构/声爆/隐身多学科多物理场分析和综合优化设计过程中,不确定源造成了模拟分析结果的不确定,可信度变差,使得设计飞行器性能非常敏感,存在急剧变差甚至失效的可能... 不确定性存在于飞行器的整个生命周期。在基于高可信度数值模拟的气动/结构/声爆/隐身多学科多物理场分析和综合优化设计过程中,不确定源造成了模拟分析结果的不确定,可信度变差,使得设计飞行器性能非常敏感,存在急剧变差甚至失效的可能,最终导致经济成本增加以及任务失败。近年来,国内外多家科研机构和高校高度关注不确定性对飞行器气动/结构/声爆/隐身多学科多物理场分析与设计及飞行器整个生命周期的影响,对此开展了相关理论和方法研究,并应用于实际工程中,极大促进了气动/多学科不确定性量化与稳健优化设计方法的快速发展。 展开更多

关键词 稳健优化设计 不确定性量化 声爆 生命周期 综合优化设计 可信度 气动 飞行器

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兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化 被引量：1

6

作者 刘峰博 郝海兵 +1 位作者 李典 梁益华 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期48-58,I0001,共12页

发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种:近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性... 发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种:近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性优化结合,提出兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化策略。首先,概述了伴随方程梯度求解和提出的基于信号射线方法的近场过压提取及目标过压装配过程,并验证了优化流程中近场信号及地面波形预测的准确性。其次,针对超声速民机标模,开展了低阻优化、近场低声爆反设计、兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化三种策略的对比研究,结果表明兼顾气动和近场声爆特性优化策略的伴随优化在综合提升气动和低声爆特性上表现更优。最后与文献中相同算例的优化结果进行对比分析,进一步证明了该优化策略在超声速民机设计中的应用潜力。 展开更多

关键词 超声速客机 计算流体力学 气动优化 离散伴随方法 声爆优化 反设计

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飞行器外形多目标多学科综合优化设计方法研究 被引量：26

7

作者 夏露 高正红 李天 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2003年第3期275-281,共7页

从多目标多学科综合设计的角度出发,探讨了飞行器外形优化设计方法。建立了针对飞行器外形设计的气动与隐身一体化优化设计模型;采用Pareto遗传算法,建立了多目标优化设计方法;并针对具体算例进行气动外形与隐身特性的综合优化设计,将... 从多目标多学科综合设计的角度出发,探讨了飞行器外形优化设计方法。建立了针对飞行器外形设计的气动与隐身一体化优化设计模型;采用Pareto遗传算法,建立了多目标优化设计方法;并针对具体算例进行气动外形与隐身特性的综合优化设计,将所得优化设计结果,与初始外形相比较,可以看出,优化后气动和隐身性能都有较大提高,实际结果表明本文提出的方法具有可行性和适用性。 展开更多

关键词 飞行器 外形设计 多目标多学科综合优化设计 Pareto遗传算法 气动性能

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涡声理论在汽车A柱气动噪声优化中的应用 被引量：13

8

作者 王毅刚 黄晓胜 +1 位作者 危巍 杨志刚 《噪声与振动控制》 CSCD 2017年第2期107-112,共6页

涡声理论表明气流流动产生的噪声主要取决于声源项涡量与速度叉乘项的散度的强弱。基于涡声方程,通过分析汽车A柱附近流场中速度、涡矢量以及两者间夹角正弦值等物理量与气动噪声之间的关系,找到了影响A柱气动噪声的主要气动参数。研究... 涡声理论表明气流流动产生的噪声主要取决于声源项涡量与速度叉乘项的散度的强弱。基于涡声方程,通过分析汽车A柱附近流场中速度、涡矢量以及两者间夹角正弦值等物理量与气动噪声之间的关系,找到了影响A柱气动噪声的主要气动参数。研究表明,A柱区域气动噪声声压级与流场中速度和涡矢量的叉乘变化规律一致,进一步分析涡量、速度以及两者夹角正弦值等三个流场气动参量发现,三者中绕A柱轴向的涡量对噪声的贡献量最大。据此,通过在A柱上沿涡量方向加装扰流条可以有效控制A柱区域气动噪声;其中,增加16个扰流条的措施,可使前侧窗表面噪声最大降低4.2 dBA,对测点声压级的频谱分析表明该方法在较宽的频段内均有降噪效果。 展开更多

关键词 声学 汽车A柱 气动噪声 涡声方程 扰流条 优化设计

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脉冲爆震涡轮发动机转子系统优化设计 被引量：1

9

作者 傅超 王福斌 +2 位作者 郑龙席 路宽 郑召利 《航空发动机》 北大核心 2023年第2期13-18,共6页

为研制某脉冲爆震涡轮发动机样机,根据总体设计要求设计了相应的空心轴转子-轴承结构系统。基于有限元法建立了该转子系统的理论分析模型,采用数值积分方法开展了考虑脉冲爆震非定常周期气动载荷作用的转子系统动力学特性计算。将在临... 为研制某脉冲爆震涡轮发动机样机,根据总体设计要求设计了相应的空心轴转子-轴承结构系统。基于有限元法建立了该转子系统的理论分析模型,采用数值积分方法开展了考虑脉冲爆震非定常周期气动载荷作用的转子系统动力学特性计算。将在临界转速处转子的振动幅值最小化作为优化目标,以转子系统各阶临界转速与发动机慢车转速及工作转速之间的裕度作为约束条件,结合转子强度的相关要求,基于NSGA-II多目标优化算法对转子系统的支承位置、刚度及转子结构的几何参数进行了优化设计。结果表明:优化后的转子-轴承系统满足总体设计要求,临界转速与工作转速之间的裕度超过20%,且保证了前3阶临界转速对应的振动幅值最小化。研究方法和结果可为脉冲爆震涡轮发动机转子系统结构设计和优化提供参考。 展开更多

关键词 脉冲爆震 转子系统 气动载荷 非定常激励 优化设计 涡轮发动机

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新一代环保型超声速客机气动相关关键技术与研究进展 被引量：24

10

作者 韩忠华 乔建领 +3 位作者 丁玉临 王刚 宋笔锋 宋文萍 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期620-635,共16页

更快的旅行速度是人类永恒的追求。虽然以"协和"号和"图144"为代表的第一代超声速客机商业运营失败,但之后人类从来就没有停止过对新一代更加环保的超声速客机的探索与研究。本文首先梳理总结了其中首要突破的四大... 更快的旅行速度是人类永恒的追求。虽然以"协和"号和"图144"为代表的第一代超声速客机商业运营失败,但之后人类从来就没有停止过对新一代更加环保的超声速客机的探索与研究。本文首先梳理总结了其中首要突破的四大关键技术(声爆预测及其抑制技术、超声速减阻技术、变循环发动机技术、低声爆低阻布局与综合优化设计技术),并对其国内外研究进展情况进行了文献综述,对研究现状进行了分析。其次,介绍了西北工业大学超声速客机研究中心在声爆预测理论与方法、声爆抑制技术、低声爆低阻布局与综合优化技术、超声速层流减阻技术等方面的研究进展。最后,针对发展新一代环保型超声速客机当前急需突破的关键科学与技术问题,探讨了未来需重点研究的方向。 展开更多

关键词 超声速客机 声爆预测 声爆抑制 层流减阻 气动/声爆综合优化设计

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应用于风扇后传噪声的三维降噪声衬优化设计技术 被引量：2

11

作者 邱昇 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第7期2914-2922,共9页

当今大型民机无一例外均采用降噪声衬来满足噪声控制要求。已有的航空发动机降噪工作主要是针对风扇前传噪声进行声衬优化设计且为二维轴对称声衬降噪设计。与风扇前传噪声相比,风扇后传噪声的准确预测是个挑战。基于抛物线近似技术和Kr... 当今大型民机无一例外均采用降噪声衬来满足噪声控制要求。已有的航空发动机降噪工作主要是针对风扇前传噪声进行声衬优化设计且为二维轴对称声衬降噪设计。与风扇前传噪声相比,风扇后传噪声的准确预测是个挑战。基于抛物线近似技术和Kriging代理模型技术,提出了风扇后传噪声三维降噪声衬设计方法和流程。首先基于线化欧拉方程,推导了其抛物线近似方程,把双向声传播的耦合问题近似成单向声传播问题,其次采用高阶色散关系保持(dispersion relation preserving,DRP)空间离散和低耗散、低色散龙格库塔方法(low dispersion Runge Kutta,LDDRK)时间推进格式数值求解抛物线方程得到风扇后传噪声声传播预测结果,显著提高了三维声传播计算效率。同时建立代理模型降低优化寻优开销,发展了兼顾精度和计算效率的风扇后传噪声三维降噪声衬快速设计方法。验证算例表明,本文发展方法可以在满足计算精度前提下,高效率设计降低风扇后传噪声的三维声衬。 展开更多

关键词 气动声学 三维声衬 风扇后传噪声 外涵道 减噪优化设计

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平巷掘进光面爆破参数优化试验研究

12

作者 张立国 何庆志 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 1991年第S1期115-116,共2页

1 光爆参数的近似计算公式本文采用理论与现场试验相结合的方法,对平巷掘进光面爆破参数优化的问题进行了研究,通过理论分析,建立了光爆参数的近似计算公式;提出了用模糊综合评判对平巷掘进光爆参数进行优化的新方法,确定出了正交设计... 1 光爆参数的近似计算公式本文采用理论与现场试验相结合的方法,对平巷掘进光面爆破参数优化的问题进行了研究,通过理论分析,建立了光爆参数的近似计算公式;提出了用模糊综合评判对平巷掘进光爆参数进行优化的新方法,确定出了正交设计试验方案中的最优光爆参数。本文以光面爆破贯穿裂缝的形成是应力波和爆生气体共同作用的理论为基础,通过理论分析,建立的光爆参数近似计算公式如下: 展开更多

关键词 平巷掘进 光爆 近似计算公式 模糊综合评判 优化试验 理论分析 爆破效率 爆生气体 炸药单耗 正交设计试验

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飞行器概念设计中的多学科优化模型（英文） 被引量：3

13

作者 潘亚林 黄俊 李锋 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第22期135-142,共8页

多学科优化技术的发展有效地提高了飞机的设计水平,同时提高了设计人员对非常规布局飞机的设计能力。以一种双后掠飞翼布局飞机为研究对象,建立新的优化模型对其进行气动、结构优化。优化过程分为系统级优化和学科级优化。在系统级优化... 多学科优化技术的发展有效地提高了飞机的设计水平,同时提高了设计人员对非常规布局飞机的设计能力。以一种双后掠飞翼布局飞机为研究对象,建立新的优化模型对其进行气动、结构优化。优化过程分为系统级优化和学科级优化。在系统级优化中,航程定义为飞机全局性能指标。在学科级优化模型中,把升阻比和展向气动载荷分布的综合气动性能作气动学科优化目标,结构重量作为结构优化目标。优化结果表明,优化模型可以高效地运行,优化方案更接近最优解。 展开更多

关键词 多学科设计优化 综合气动性能 结构优化 飞翼布局

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基于自适应稀疏多项式混沌的流场/声爆多源不确定量化技术研究 被引量：2

14

作者 赵欢 黄宇君 邢浩楠 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2027-2042,共16页

考虑不确定性的飞行器流场/声爆多学科不确定量化和稳健优化设计技术已经成为满足未来环保型超音速民机设计要求最有希望的途径之一.然而传统的飞行器气动不确定量化方法花费巨大,适用范围窄,并遭遇了严重的维数灾难难题,难以满足复杂流... 考虑不确定性的飞行器流场/声爆多学科不确定量化和稳健优化设计技术已经成为满足未来环保型超音速民机设计要求最有希望的途径之一.然而传统的飞行器气动不确定量化方法花费巨大,适用范围窄,并遭遇了严重的维数灾难难题,难以满足复杂流场/声爆多源不确定性量化需求.针对这一难题,文章改进了前期提出的自适应前向−后向选择(AFBS)算法,提出了一种基于全自适应前向−后向选择(FAFBS)的高效稀疏多项式混沌(PC)重构方法.该方法相对于经典的前向选择算法——最小角回归(LAR)和正交匹配追踪(OMP)以及全PC方法,其充分结合了前向选择和后向消除算法的优势,全自适应地选择对近似问题最优的PC项,并剔除掉不重要的PC项,从而避免了拟合噪声的产生,显著加强了PC重构的稀疏性和拟合过程的可靠性.文章使用两个典型复杂应用对该方法的有效性和稳定性进行了全面验证,包括考虑温度、湿度、飞行高度和马赫数不确定的经典音爆多源不确定量化,以及考虑加工误差和飞行状态参数不确定的跨音速翼型复杂流场不确定量化等.结果均显示,基于FAFBS的PC方法获得了最快的误差收敛率以及最小的近似误差,基于LAR的PC方法的收敛率显著慢于基于FAFBS的PC方法,而原始的全PC方法收敛最慢.并相对于直接使用蒙特卡罗模拟方法进行不确定分析,使用基于FAFBS的PC方法在达到相同矩估计准确率时,计算花费减少3个数量级,可完全满足高效飞行器复杂流场/声爆多源不确定量化以及多学科稳健设计需求. 展开更多

关键词 稀疏多项式混沌展开 全自适应前向−后向选择 气动不确定量化 音爆不确定量化 多学科稳健优化设计

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