傾轉旋翼機氣動-動力學多學科設計優(yōu)化研究.pdf

1、傾轉旋翼機的設計必須同時滿足直升機和飛機這兩種不同飛行模式的要求，是典型的多目標設計問題；傾轉旋翼機的研制涉及到空氣動力學、結構動力學、飛行力學等多門學科，這些學科相互影響、相互耦合，也是典型的多學科設計問題；而優(yōu)化技術正是解決這些問題的有效手段。
　　 本文在分析國內(nèi)外傾轉旋翼機研究狀況的基礎上，針對傾轉旋翼機研制最為關鍵的氣動和動力學設計問題，分別建立了傾轉旋翼機的氣動分析模型和動力學分析模型，研究了多目標優(yōu)化技術和多學科設

2、計優(yōu)化技術在傾轉旋翼機設計中的應用。
　　 基于自由尾跡分析方法建立了傾轉旋翼的氣動分析模型，考慮了傾轉旋翼槳葉大的非線性負扭轉及弦長和厚度非線性分布的特點，計入了尾跡及其收縮和槳-渦干擾對誘導速度的影響，能夠更準確的描述旋翼的氣動環(huán)境。同時開展了傾轉旋翼氣動性能及旋翼和機翼之間的氣動干擾試驗，通過理論計算結果與試驗數(shù)據(jù)對比驗證了傾轉旋翼氣動分析模型的正確性；開展了變直徑傾轉旋翼設計和變直徑傾轉旋翼氣動試驗，得到了一些有意義的結

3、論。在氣動建模的基礎上，以懸停和巡航效率為目標函數(shù)，以槳葉氣動外形參數(shù)為設計變量，建立了傾轉旋翼的氣動優(yōu)化模型，分別采用多島遺傳算法、多目標遺傳算法及多目標協(xié)同優(yōu)化策略對傾轉旋翼的懸停和巡航狀態(tài)進行了單目標和多目標氣動優(yōu)化設計。
　　 基于剛性槳葉、剛體短艙及彈性機翼的假設，建立了傾轉旋翼/短艙/機翼耦合系統(tǒng)動力學分析模型，模型計入了槳葉的變距/揮舞/擺振結構耦合及變距與萬向鉸的耦合、機翼彎扭耦合；在此基礎上，分析了傾轉旋翼機在

4、懸停和巡航狀態(tài)時的動力學特性、氣彈響應及傾轉旋翼、機翼參數(shù)對傾轉旋翼機動力學特性的影響規(guī)律，并以算例驗證了計算模型的正確性。
　　 在建立的面向設計的傾轉旋翼機氣動和動力學分析模型的基礎上，分析了傾轉旋翼機氣動和動力學兩學科之間的耦合關系，采用試驗設計的方法研究了傾轉旋翼機設計參數(shù)對傾轉旋翼機氣動及動力學特性的影響規(guī)律，并以懸停和巡航效率及巡航時最小模態(tài)阻尼為優(yōu)化目標，以旋翼和機翼氣動參數(shù)及動力學參數(shù)為設計變量，建立了傾轉旋翼機

5、氣動/動力學多學科設計優(yōu)化模型，優(yōu)化中采用了多學科可行優(yōu)化方法(MDF)和協(xié)同優(yōu)化方法(CO)，提出了基于氣動和動力學學科分解及基于懸停和巡航狀態(tài)分解的傾轉旋翼機氣動/動力學多學科設計優(yōu)化框架，采用了代理模型(Surrogate Model)技術和混和搜索策略來求解該優(yōu)化問題，在保證優(yōu)化結果具有較高的可靠性的基礎上提高了計算效率；按照上述優(yōu)化方法和優(yōu)化策略實現(xiàn)了傾轉旋翼機氣動/動力學的多學科設計優(yōu)化，得到了全局最優(yōu)設計參數(shù)，優(yōu)化結果表明