基于ISIGHT的机翼气动优化设计

2014-11-30王涛

山东工业技术 2014年21期

关键词：机翼气动网格

王涛

（南昌理工学院,南昌 330013）

1 机翼气动优化平台的建立

根据机翼气动优化分析的需要，要求完成三维机翼模型的自动建立、机翼网格的自动划分、流体计算以及系统优化四个方面的任务。优化平台的设计简化框图如图1所示：

机翼模型的构建机翼的网格划分机翼流体力学计算Isight控制数据流的传递。

图1 机翼气动优化平台简化框图

机翼模型的构建模块：主要是完成对三维机翼的自动修形，即根据Isight优化算法的要求，自动的调整诸如弦长、迎角之类的外形参数，构建新的机翼外形。

机翼网格划分模块：主要负责对机翼外形的网格划分。

机翼流体力学计算模块：负责采用合适的数值模拟方法计算出各项气动特性参数。

Isight模块：负责各项任务衔接和引导，并根据流体计算结果和一定的优化搜索策略，调整机翼的外形参数，到达自动寻优的目的。

鉴于以上的分析，在Isight软件里建立了如下的优化平台。

图2 Isight中的机翼气动优化平台

从图2中可以看出，goug是完成参数化建模的，gogambit用来实现网格划分，流体计算则是由gofluent来完成、Calculatvor用来完成对研究目标的二次计算，如计算升阻比CL/CD等。DOE用来完成实验设计，根据实验设计的结果，选择合适的设计点，再进行优化设计。

机翼气动优化平台建立的具体思路步骤见图2。在该图中，包含了参数化建模、网格划分到气动分析所需的各类信息，同时给出了各模块在iSIGHT上的具体的输入输出参数文件。其中iSIGHT主要是实现对数据的自动调用，按照某种预先设计的算法，完成对数据的流的反复导入，当达到最终设定的优化目标时，则停止运算，并输出最优结果。

Feiji.prtFeiji.expFeiji.x_tGambit.jouFluent.jouFeiji.mshFeiji.datUG构建机翼模型Gambit生成翼型网格Fluent计算得到Cl，CdiSIGHT控制数据流程Ug二次开发程序

图3 优化平台建立的具体思路步骤

2 目标优化

为了验证机翼气动优化的效果，我们选取了典型的joukowski翼型作为研究对象，首先通过对某类翼型的参数化，然后由ISIGHT负责自动计算，实现参数化建模的自动化。

设计变量：提取根弦长250mm、梢弦长50mm、半展长1000mm和前缘后掠角11.5°作为设计变量。

其中来流速度V0=50m/s，攻角为θ=5°；假设流体为定常的；来流空气物理特性取标准海平面的值：压强为101,325 Pa ，密度= 1.2250 kg/m3，温度为288.16 K，运动学粘性系数v = 1.4607e-5 m2/s。

目标函数：升阻比CL/CD最大。

优化求解：在本算例中，试验设计采用拉丁超立方法获得100个样本点。该方法允许实验样本点在设计有效域内进行均匀化的排布。该算法和ISIGHT的结合将可以较好的进行反复的目标函数测算，并且可以有效减少因为实验样本点选择不合理带来的优化误差。由于选择了100个样本点，因此基于ISIGHT的集成系统会对100多个不同参数的模型进行测算。并对每一个模型进行网格化（通过调用Gambit软件），最后进行流体计算（通过调入Fluent软件）。最后得出100组升阻比。

优化结果如表所示。

在上表中，只给出最终的优化结果，从表中的数据可以看出，通过对三维机翼的优化，机翼的升阻比有一定的提高。在最优升阻比数据对应的三维模型，也即我们想要得到的模型。