An efficient aerodynamic shape optimization of blended wing body UAV using multi-fidelity models

This paper presents a novel optimization technique for an efficient multi-fidelity model building approach to reduce computational costs for handling aerodynamic shape optimization based on high-fidelity simulation models. The wing aerodynamic shape optimization problem is solved by dividing optimization into three steps—modeling 3D(high-fidelity) and 2D(lowfidelity) models, building global meta-models from prominent instead of all variables, and determining robust optimizing shape associated with tuning local meta-models. The adaptive robust design optimization aims to modify the shape optimization process. The sufficient infilling strategy—known as adaptive uniform infilling strategy—determines search space dimensions based on the last optimization results or initial point. Following this, 3D model simulations are used to tune local meta-models. Finally, the global optimization gradient-based method—Adaptive Filter Sequential Quadratic Programing(AFSQP) is utilized to search the neighborhood for a probable optimum point. The effectiveness of the proposed method is investigated by applying it, along with conventional optimization approach-based meta-models, to a Blended Wing Body(BWB) Unmanned Aerial Vehicle(UAV). The drag coefficient is defined as the objective function, which is subjected to minimum lift coefficient bounds and stability constraints. The simulation results indicate improvement in meta-model accuracy and reduction in computational time of the method introduced in this paper.     

典型尖楔结构燃气流热试验工况确定方法

在传统冷壁热流模拟方法的基础上,进一步提出以热壁温度及热流密度的时序变化曲线为控制目标的燃气流热试验工况确定方法,即利用壁温控制目标与实测值的偏差对热壁热流控制目标做一定修正,以尽可能消除和弥补前期试验误差,同时利用300K冷壁边界热流密度数据库插值迭代方法,快速确定一定气动热模拟所需燃气流温度,解决了沿飞行轨迹瞬态热试验技术难题之一。利用CFD数值模拟方法,建立了典型尖楔结构高/中温双路燃气流组合热试验300K冷壁边界热流密度数据库,并针对典型尖楔结构沿某飞行轨迹9个典型状态气动热模拟需求,确定相应双路燃气流热模拟参数。相关数值计算结果显示,驻点区域热流密度平均模拟偏差为4.5%,平板区热流密度平均模拟偏差为4.6%,两者最大模拟偏差均不大于8%,满足工程试验精度要求。同时,瞬态热分析结果显示第45s时,距驻点1mm处最大温度梯度达到21K/mm,距驻点10.1mm处最大温度梯度达到18K/mm,满足气动热大温度梯度效应需求。      

某涡扇发动机高压涡轮盘螺栓孔低循环疲劳模拟件设计

以拉伸应变能寿命预测模型为理论基础,提出了低循环疲劳模拟试验件(简称模拟件)设计的基本准则。针对某涡扇发动机高压涡轮盘螺栓孔部位进行了模拟件优化设计,设计时综合考虑了试验器能力、螺纹连接强度和所需毛坯盘数量等限制因素。优化目标为模拟件与螺栓孔虚拟裂纹0.8mm内第一主应力和第一主应变分布一致,以及最大应力点第二主应力与第一主应力比值一致。对设计结果进行了弹塑性校核。采用该模拟件构型进行了试验研究,由模拟件试验数据得到的安全寿命和轮盘试验给出的安全寿命的差距为4.48%。      

某型涡扇发动机燃油调节器改进及高空适应性分析

某小型涡扇发动机开展增大推力、提高使用高度的适应性改型工作.针对以往对原发动机燃油调节器部分所作的分析较少,使得改型工作缺乏必要的理论支持问题.主要分析了发动机燃油调节器的工作原理,建立系统稳态和加减速控制数学模型,并在此基础上对其高空适应性进行分析,最后提出相应的改进分析方法和具体措施.      

高速球轴承打滑的临界负荷研究

对高速球轴承滚动体受力分析,得出其打滑机理.建立轴承零件相互位置关系模型确定了各零件的理论转速.用拟静力学和拟动力学结合的方法计算承受联合负荷球轴承的临界轴向负荷.以27927NK1W1(H)航空轴承为算例,研究了承受不同载荷的临界负荷.结果表明径向载荷对临界负荷值的影响较大;当保持架转速明显趋于平稳且承载滚动体不发生打滑时,得到承受联合负荷轴承的临界负荷.用Gupta的典型算例和Poplowski的试验结果对该方法的可靠性进行了验证.      

扑翼微型飞行器飞行姿态模型研究

扑翼微型飞行器飞行质量主要取决于能否对其飞行姿态进行有效控制, 而建立准确的飞行姿态模型尤为重要.通过对鸟和昆虫的飞行机理尤其是其飞行过程中翅膀的运动规律进行研究, 并考虑机械设计方面的因素, 对扑翼微型飞行器的飞行姿态建立了较为完整的动力学模型和数学模型.由分析可知机身所受外力为空气动力、重力和机翼作用于机身的驱动力, 而采用扑动与扭转两个自由度飞行的机翼所产生的驱动力是由瞬时平移力和扭转循环力合成的瞬时空气动力.数值仿真证实了动力学模型的正确性.      

低背鳍对细长平板三角翼大迎角空气动力的影响

 对细长体平板三角翼和加上两个不同高度背鳍后的组合体在低速风洞进行了六分量天平测力实验,三角翼后掠角82.5°,背鳍当地高度与模型当地半展长比值分别为0.3和0.6,实验迎角范围12°～32°,包括1.66×10.6和2.33×10.6两个雷诺数。实验结果表明：0°侧滑角下,在翼面上发生旋涡破裂前,单独细长平板三角翼的横向力及横向力矩在实验迎角范围内始终为零;加上两个不同高度的低背鳍后,在一定的迎角下,三角翼的横向力及横向力矩开始不为零,流场定常;在更大的迎角下,流场变得非定常。实验结果初步验证了前人关于细长锥体分离涡的稳定性理论,并给出了旋涡失稳后,随着迎角的增大,流场进一步发展的状态。     

适于高动态环境下的随机方向移动模型改进算法研究

 大规模高动态复杂异构网络的研究是一个热点,由于实际部署经验的匮乏,使得仿真成为一种必不可少的手段,移动模型的选取则是仿真验证各种协议性能的关键。随机方向移动模型是一种应用比较广泛的模型,本文在随机方向移动模型基础上,通过变速和分段变速等方法,提出了两种更适于高动态环境下的节点运动特征的移动模型,仿真结果验证了该算法的正确性。     

Dynamic Response Analysis of Bird Strike on Aircraft Windshield Based on Damage-modified Nonlinear Viscoelastic Constitutive Relation

Damage-modified nonlinear viscoelastic constitutive equation and failure criterion are introduced and the three-dimensional incremental forms are deduced based on the updated Lagrangian approach. A simple tensile test model and a split Hopkinson pressure bar model are built to verify the accuracy of the subroutine implemented within the non-linear finite element program LS-DYNA. A numerical model of bird strike on windshield is established to study the responses of windshield under three different bird velocities at three sites. The bird is represented by a cylinder with a hemisphere at each end and the contact-impact coupling algorithm is used in this study. It is found that the implemented subroutine can properly describe the mechanical behavior of polymethyl methacrylate under low and high strain rates and large deformation, and can be used validly.     

飞翼布局运输机气动设计方法研究

由于飞翼布局的运输机具有结构强度、气动效率、总体装载以及RCS隐身等方面的优良特性,它成为未来大型运输机的气动布局方案中最引人关注的一种布局形式.以0.85马赫为巡航设计点,设计了一架起飞总重在250吨左右,最大载重量在50吨,最大航程在8000公里以上的飞翼布局运输机.通过采用Euler方程数值解法进行气动特性评估,在初始设计方案的基础上进行进一步的改进设计,有效地提高了初始方案的升阻特性和力矩特性.最终设计结果表明提出的设计思路具有一定的可行性和适用性.