[发明专利]基于多学科的飞机增升装置高低速综合优化设计方法

摘要

本发明属于飞机设计领域，为了解决现有增升装置设计过程中，机构与气动往复迭代导致的耗时长、花费高，以及难考虑利用巡航机翼变弯度提升飞机性能等缺点，提供了一种基于多学科的飞机增升装置高低速综合优化设计方法。将起飞性能、着陆性能、巡航性能和机构重量作为优化目标，对增升装置多段翼型的参数化控制点、增升装置驱动机构的机构设计参数、要求的起飞构型偏角、着陆构型偏角和巡航阶段变弯偏角进行寻优以获得综合性能最优的构型。本发明具有的优点优化系统兼顾驱动机构重量、满足轨迹运动学要求、满足高速巡航变弯度以及低速起飞着陆的要求。适用于多种机构形式，无需针对特定轨迹的公式，灵活度高。

主权项

一种基于多学科的飞机增升装置高低速综合优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：采用参数化方法进行增升装置多段翼型的气动外形设计，获得增升装置的初始外形；步骤2：根据步骤1得到的增升装置初始外形以及增升装置驱动机构的初始机构设计参数，进行机构建模，得到增升装置及驱动机构的运动模型；通过对增升装置及驱动机构的运动模型的运动仿真得到增升装置襟翼的运动轨迹；并以本步骤得到的襟翼的运动轨迹进入步骤3；步骤3：根据进入本步骤的襟翼的运动轨迹，计算该运动轨迹可以实现的襟翼最大偏角，若襟翼最大偏角小于要求的着陆构型偏角，则进入步骤5，否则判断襟翼在运动过程中与主翼是否发生干涉，若发生干涉，则进入步骤5，否则以进入本步骤的襟翼的运动轨迹所对应的增升装置多段翼型的参数化控制点和增升装置驱动机构的机构设计参数，以及要求的起飞构型偏角、着陆构型偏角和巡航阶段变弯偏角为一个样本点；步骤4：将步骤3得到的样本点放入优化种群中；判断优化种群中样本点个数，当样本点个数达到个数要求时进入步骤6，否则进入步骤5；步骤5：修改增升装置多段翼型的参数化控制点和增升装置驱动机构的机构设计参数，由修改后的参数化控制点和机构设计参数得到增升装置襟翼的运动轨迹，并以本步骤得到的襟翼的运动轨迹返回步骤3；步骤6：采用多目标优化算法对优化种群进行优化处理，以起飞构型升阻比最大、着陆构型最大升力系数最大、巡航阶段变弯构型的升阻比最大、增升装置驱动机构中的机构杆长最小为优化目标，对增升装置多段翼型的参数化控制点、增升装置驱动机构的机构设计参数、要求的起飞构型偏角、着陆构型偏角和巡航阶段变弯偏角进行寻优；所述优化处理中，对经过多目标优化算法修改得到样本点进行判断：若修改得到的样本点对应的襟翼运动轨迹可实现的襟翼最大偏角小于要求的着陆构型偏角，则剔除该修改得到的样本点，否则判断襟翼在运动过程中与主翼是否发生干涉，若发生干涉，则剔除该修改得到的样本点；其中起飞构型升阻比、着陆构型最大升力系数、巡航阶段变弯构型的升阻比通过以下过程得到：根据增升装置多段翼型的参数化控制点和增升装置驱动机构的机构设计参数，以及要求的起飞构型偏角、着陆构型偏角和巡航阶段变弯偏角，得到对应的起飞构型、着陆构型和巡航阶段变弯构型；采用动网格方法分别建立起飞构型、着陆构型和巡航阶段变弯构型的计算网格，通过RANS方程求解起飞构型、着陆构型和巡航阶段变弯构型的气动力，得到起飞构型升阻比、着陆构型最大升力系数、巡航阶段变弯构型的升阻比。