工业技术 豢篮案 ３４ 基于ＩＳＩＧＨＴ的机翼气动优化设计 王涛 （南昌理工学院，南昌３３００１３） 摘要：丈章对机翼的气动外形优化和隐身外形优化展开了研究。在进行机翼的气动外形单学科优化设计中，建立了机翼的三维模型。并在 ＩＳＩＧＨＴ上实现了气动外形的单学科优化设计。 关键词：Ｉ ｓｉｇｈｔ；机翼；气动；优化 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。 ㈣ａｏ ｆｈ－ｆｌ ￣￣ｕｌ０ｔｏｒ 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Ｃ１，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］ＳＩＧＨＴ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２５０ｒａｍ、梢弦长５０ｍｍ、半展长１０００ｒａｍ 和前缘后掠角１ １．５。作为设计变量。 其中来流速度Ｖ０＝５０ｍ／ｓ，攻角为０＝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／ｉＴｌ ，温度为２８８．１６ Ｋ，运动学粘性系数ｖ＝１．４６０７ｅ一５ ｍ ／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］ＳＩＧＨＴ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。 优化结果 在上表中，只 升力系数Ｉ阻力系数ｌ 升阻比 给出最终的优化结 初始 ０．０５５３０６ ｌ ０．００７５０１ １ ｌ ７．３７３２２ 果，从表中的数据 优化 ０￣０４００５９ ｌ ０．００５２７０６ ｌ ７．６００４８ 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。 ３总结 本章应用ＣＡＤ二次开发技术和参数化建模方法，充分利用了 ＣＡＤ软件丰富的建模功能，通过和］ＳＩＧＨＴ集成软件的并行工作，最 终提升了设计效率。 参考文献： 【１］王涛，彭如．多学科协同优化设计技术的研究初探［Ｊ］．电子制作 ２０１４（０１）．
