基于CST方法的低雷诺数翼型优化设计

【作者】 王超； 胡天翔； 孙康文； 刘沛清； 孙茂；

【机构】 北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室； 北京航空航天大学航空科学与工程学院；

【摘要】 本文以高空长航时无人飞行器为研究背景,开展低雷诺数翼型的数值模拟及气动优化设计研究。研究的基准翼型为E387翼型,研究的雷诺数约为2×105。研究通过使用类别形状函数(CST)方法对E387翼型进行参数化建模,并使用Fluent软件对流场进行求解,考虑到计算流场的雷诺数较低,存在层流分离泡及转捩等流动现象,求解所用的湍流模型为γReθt-SST。通过分析计算结果发现,数值模拟的气动力和压力分布结果与实验标模结果有较好的吻合。在翼型优化方面,研究通过调用Isight平台对机翼的几何参数外形和气动性能进行循环优化,循环过程中采用NSGA-Ⅱ遗传算法对该翼型巡航条件下的升力系数及升阻比进行多点优化。将优化后的新翼型与原始翼型进行分析比较,发现在-3°≤α<8°迎角范围内,优化翼型的升力系数和升阻比都有明显的增加,前缘吸力峰相比较原翼型更为饱满,最大峰值明显增加,当α=3°时,优化后翼型的升力系数增加了10.9%,升阻比提高了5.75%;而在接近失速前α=8°时,优化后翼型中部层流气泡的位置后移,升力系数增加了10.2%,相应的升阻比提高了3.94%。更多还原