【摘要】：為減小跨聲速風洞的洞壁干擾,滿足飛行器地面氣動實驗的精度要求,開展跨聲速孔壁的幾何參數(shù)優(yōu)化設計就顯得尤為必要。諸如最優(yōu)的開閉比、傾斜角和深徑比等。本文基于課題組發(fā)展的統(tǒng)一壁面流動模型,開展了壁板最優(yōu)開閉比的優(yōu)化設計,研究了非均勻開閉比分布下的洞壁干擾修正。首先,將DLR-F4翼身組合體分別置于上下壁面為變開閉比的透氣壁風洞洞壁數(shù)值模擬邊界條件與遠場邊界條件中,采用CFD方法進行流場計算,壁面開閉比即為本文優(yōu)化參數(shù)。通過拉丁超立方采樣,分別設計了0.6馬赫數(shù)與0.75馬赫數(shù)下各70組樣本點,將每一組流體計算結果的壁面位置處的質(zhì)量流量與遠場同樣位置處質(zhì)量流量的差值進行積分,此處積分值即為本文單目標優(yōu)化的目標函數(shù)。在此基礎上,利用Isight軟件,為減少大量的繞流計算采用Kriging近似模型,并結合多島遺傳算法進行優(yōu)化得到結果。其次,將優(yōu)化后的開閉比結果代入透氣壁壁面邊界條件,再次進行流場計算。通過對比優(yōu)化后的變開閉比邊界狀態(tài)、遠場邊界狀態(tài)、均勻斜孔壁狀態(tài)以及均勻直孔壁狀態(tài)下的流場特性可知:在優(yōu)化后的變開閉比壁面邊界條件下,DLR-F4的升力系數(shù)得到明顯提高,洞壁干擾效應明顯減小,顯著提高了流場質(zhì)量。本文對跨聲速透氣壁風洞壁面的設計提供了一種更為簡單高效的方式,減小了風洞實驗成本,洞壁干擾修正的精度得以極大提高。
【圖文】：

1.1 跨聲速風洞洞壁研究背景在現(xiàn)代飛行器的研制過程中，風洞試驗和 CFD 計算二者總是相互驗證，相互補充，這極大的節(jié)省了飛機的設計和開發(fā)費用[1]，其中，風洞試驗一直是空氣動力學領域不可或缺的設計驗證工具，由于其結果具有較高的精確度與準確度，因此一直是飛行器氣動設計的主要來源。但實驗數(shù)據(jù)的獲取總是耗費著大量的人力與物力。隨著計算機性能的不斷提高，流場數(shù)值模擬逐漸取代了大量的風洞實驗。已逐漸成為各種飛行器氣動設計的必要工具之一。跨聲速風洞通常是指實驗段氣流的馬赫數(shù)為 0.4~1.4 之間的風洞。風洞洞壁通常采用透氣壁的方式，一般來說，跨聲速風洞洞壁的透氣壁形式分為開孔式與開縫式。我國最常用是開孔式（如圖 1.1），歐美國家則采用開縫式（如圖 1.2）。風洞試驗數(shù)據(jù)的準確性通常受風洞品質(zhì)的優(yōu)劣，實驗設計合理性大小，測量控制水平高低，數(shù)據(jù)采集的方式是否合理，數(shù)據(jù)處理方法的改進以及其他各種各樣可能存在的干擾修正等諸多因素的影響[2]。在這些影響形式中，風洞洞壁干擾成為不可忽視的因素之一。在跨聲速風洞中，由于存在著復雜的流場和各種各樣的激波形式，很難進行壁面干擾修正。透氣壁的出現(xiàn)可以減小風洞中的各種堵塞問題，為跨聲速風洞提供均勻流動的空氣。同時，它也可以減小或消除跨聲速風洞洞壁的干擾和沖擊反射的影響[3]。

1.1 跨聲速風洞洞壁研究背景在現(xiàn)代飛行器的研制過程中，，風洞試驗和 CFD 計算二者總是相互驗證，相互補充，這極大的節(jié)省了飛機的設計和開發(fā)費用[1]，其中，風洞試驗一直是空氣動力學領域不可或缺的設計驗證工具，由于其結果具有較高的精確度與準確度，因此一直是飛行器氣動設計的主要來源。但實驗數(shù)據(jù)的獲取總是耗費著大量的人力與物力。隨著計算機性能的不斷提高，流場數(shù)值模擬逐漸取代了大量的風洞實驗。已逐漸成為各種飛行器氣動設計的必要工具之一。跨聲速風洞通常是指實驗段氣流的馬赫數(shù)為 0.4~1.4 之間的風洞。風洞洞壁通常采用透氣壁的方式，一般來說，跨聲速風洞洞壁的透氣壁形式分為開孔式與開縫式。我國最常用是開孔式（如圖 1.1），歐美國家則采用開縫式（如圖 1.2）。風洞試驗數(shù)據(jù)的準確性通常受風洞品質(zhì)的優(yōu)劣，實驗設計合理性大小，測量控制水平高低，數(shù)據(jù)采集的方式是否合理，數(shù)據(jù)處理方法的改進以及其他各種各樣可能存在的干擾修正等諸多因素的影響[2]。在這些影響形式中，風洞洞壁干擾成為不可忽視的因素之一。在跨聲速風洞中，由于存在著復雜的流場和各種各樣的激波形式，很難進行壁面干擾修正。透氣壁的出現(xiàn)可以減小風洞中的各種堵塞問題，為跨聲速風洞提供均勻流動的空氣。同時，它也可以減小或消除跨聲速風洞洞壁的干擾和沖擊反射的影響[3]。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V211.74

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本文編號：2654303