航空学报 > 2013, Vol. 34 Issue (12): 2748-2756   doi: 10.7527/S1000-6893.2013.0353

飞翼结构构型气动弹性优化设计方法

杨佑绪1,2, 吴志刚1, 杨超1   

  1. 1. 北京航空航天大学 航空科学与工程学院, 北京 100191;
    2. 中航工业第一飞机设计研究院 强度设计研究所, 陕西 西安 710089
  • 收稿日期:2013-03-20 修回日期:2013-07-25 出版日期:2013-12-25 发布日期:2013-08-09
  • 通讯作者: 杨超,Tel.:010-82317528E-mail:yangchao@buaa.edu.cn E-mail:yangchao@buaa.edu.cn
  • 作者简介:杨佑绪男,博士,工程师。主要研究方向:飞行器设计、气动/结构/控制综合设计、面向设计的气动弹性建模。Tel:029-86832313E-mail:zgdy_1@163.com;吴志刚男,博士,副教授。主要研究方向:气动弹性与主动控制、飞行器设计。Tel:010-82317510E-mail:wuzhigang@buaa.edu.cn;杨超男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:气动弹性力学、飞行器设计、飞行动力学。Tel:010-82317528E-mail:yangchao@buaa.edu.cn
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(91116005,10902006)

An Aeroelastic Optimization Design Approach for Structural Configuration of Flying Wings

YANG Youxu1,2, WU Zhigang1, YANG Chao1   

  1. 1. School of Aeronautic Science and Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China;
    2. The Aircraft Strength Design and Research Department, AVIC The First Aircraft Institute, Xi'an 710089, China
  • Received:2013-03-20 Revised:2013-07-25 Online:2013-12-25 Published:2013-08-09
  • Supported by:

    National Natural Science Foundation of China (91116005,10902006)

摘要:

针对飞翼布局的早期构型设计,基于遗传算法提出一种气动弹性综合优化设计方法。采用等效板多板模型计算翼面结构动力学特性,利用面元法计算气动力。在考虑颤振速度、静气动弹性变形约束的情况下,以飞翼结构质量最小为目标开展优化设计。结果表明,形状参数优化设计对于飞翼的减重更为直接。当涉及构型尺寸参数设计时,同时进行两种参数的综合优化可以得到较轻的机翼结构,但计算成本较大。采用先进行构型优化,再进行尺寸优化的分级优化方法能快速获得最优的参数组合和满意的减重效果。为飞翼式飞行器的结构总体设计提供了一种快速有效的气动弹性综合优化设计方法。

关键词: 气动弹性, 飞翼, 优化设计, 构型设计, 初步设计, 遗传算法

Abstract:

An integrated aeroelastic optimization design approach based on the genetic algorithm is developed for the preliminary configuration design of a flying wing. An equivalent multi-plate model is adopted to resolve the structural dynamics characteristics. A panel approach is used to compute the aerodynamic force. A simple parameterization method is used to describe the wing geometry. The approach is applied to a flying wing and the objective is to minimize the structural mass subject to the static aeroelastic deformation and critical flutter speed constraints. It is found that the configuration parameter is more important for reducing the structure mass and a multilevel optimization is advised when the configuration and sizing variables are considered. The method provides a useful tool for the preliminary configuration design of a flying wing.

Key words: aeroelasticity, flying wing, optimization design, configuration design, preliminary design, genetic algorithm

中图分类号: