基于非定常涡格法的扑翼飞行器气动特性优化

2012-11-08贺红林朱保利余春锦

空气动力学学报 2012年1期

关键词：优化

贺红林，周翔，朱保利，余春锦

（南昌航空大学航空制造工程学院，江西南昌330063）

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扑翼飞行器（FMAV）集举升、悬停、推进功能于其机翼，具有尺寸小、质量轻、机动性好、效率高等特点，在军事与民用上具有广泛的应用前景。因其在气动与稳定性等方面存在明显优势，FMAV已成为微型飞行器的研究热点。近些年，适于高性能FMAV研制的需要，对其气动问题进行了不少研究，如Smith［1］和 Vest［2］采用面元法研究了飞鸟气动特性；Sun［3］通过对N－S方程的数值求解并基于涡动力学理论阐释了扑翼的非定常气动特性；Joseph［4］采用非定常涡格法（UVLM）模拟柔性扑翼流场；Lin用MOC法求解Euler／Navier－Stokes方程以模拟扑翼运动［5］。在这些方法中，面元法简单但计算结果较粗糙；CFD法的结果较准确，但计算开销巨大，只适于刚性扑翼［6］；UVLM快速高效且可对流－构耦合态的柔性扑翼上的涡分布、尾涡变化等多种因素进行建模计算，并能获得较准确气动结果［7］。总的来看，已有的研究主要集中于扑翼流场的模拟，对于扑翼的选型和设计支持不够。事实上，实用中更关注的是扑翼结构及其扑动参数确定问题。据此，旨在为扑翼选型与设计提供一定依据，本文探索FMAV的气动优化，并将在对FMAV进行气动分析及其UVLM建模的基础上，引入GPU（Graphic Processing Unit）技术实现该算法，以满足优化迭代中海量计算的需要，同时，考虑到UVLM模型不能提供导数信息，还将引入模式搜索（PS）法作为FMAV的寻优工具。