>[0032] 图4是机翼多个翼型扭转中心点下反角变形量定义；
[0033] 图5是机翼多个翼型截面扭转角变形量定义。
[0034] 图中：1、翼根前缘点；2、沿展向网格数；3、翼尖前缘点；4、沿弦向网格数；5、机翼 巡航外形；6、优化型架外形。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0036] 如图1所示一种正向型架外形优化设计方法，包括以下步骤：
[0037] (1).首先以巡航外形为基准，建立相应的参数化气动模型和结构模型，计算巡航 工况下的压力系数分布并将其作为优化设计目标；
[0038] (2).定义不同机翼展向位置翼型扭转中心点下反角变形量△ a JP翼型扭转角变 形量△ θι为设计变量，选取一个变量组合，并将遗传算法与梯度法的混合算法作为优化算 法，进行优化计算得到相应的型架外形；其中不同设计变量组合对应不同的型架外形；
[0039] (3).根据设计变量值，更新步骤⑵中得到的型架外形所对应的气动模型以及结 构模型，并对得到的结构模型进行模态分析；
[0040] (4).计算步骤（2)中得到的型架外形在巡航工况下静气动弹性变形后的外形以 及相应压力系数分布；
[0041] (5).采用保证型架外形在巡航状态下的气动性能与理想巡航气动性能一致的目 标函数与保证型架外形在巡航状态下的气动外形与理想巡航气动外形一致的目标函数的 混合目标函数作为目标函数，计算目标函数，然后判断是否满足收敛条件；若满足，即认为 当前型架外形是最终的型架外形，输出其所对应的气动模型和结构模型；若不满足，则执行 步骤（6);
[0042] (6)重复步骤（2)至步骤（5)，直至得到最优型架外形。
[0043] 如图4所示，如选取翼型前缘点为扭转中心点，并设置形函数为常数，即各个翼型 截面按照相同的下反角变形，机翼巡航外形5根据翼型扭转中心点下反角变形得到的优化 型架外形6,则可满足机翼前缘线保持平直的约束条件；如果在型架外形的制造上有直梁 的工艺约束，则可重新定义图5中的截面扭转角参数，如另所有扭转角等于同一数值。
[0044] 其中目标函数的选择，也可将多个飞行工况下的飞机外形和压力系数分布作为目 标函数，以寻找不同的最优型架外形。
[0045] 型架外形设计包括对机翼、机身、吊舱或短舱等进行设计，其中主要是对机翼进行 设计，如图2至3所示，本实施例以机翼的参数化建模为例，具体的机翼参数化建模方法如 下：
[0046] 1).通过定义前缘点X坐标确定某特定翼型截面位置，即通过定义翼根前缘点1和 翼尖前缘点3以及翼根前缘点1与翼尖前缘点3之间各个前缘点的坐标确定某特定翼型截 面位置；
[0047] 2).如图3所示通过定义翼型截面弦长d描述该翼型长度范围；
[0048] 3).通过定义沿弦向即图2中的X方向位置相对于弦长的百分比，以及相应中弧线 坐标z、半厚度h，定义翼型截面几何形状；
[0049] 4).通过定义多个翼型截面描述机翼几何；
[0050] 5).通过定义沿弦向网格数4、沿展向网格数2定义机翼表面网格，得到的机翼表 面网格描述如图3所示。
[0051] 本发明采用优化设计的理念设计型架外形，即先通过参数化方法定义型架外形， 然后通过改变参数值得到型架外形，再采用优化算法自动寻优方式直至得到最佳的参数组 合，保证了变形后型架外形以及其气动性能与设计巡航外形最为接近，并节省了采用一般 正向型架外形设计人工挑选型架外形所需的时间；此外还可以将多个飞行工况作为设计状 态进行型架外形的多点优化设计。
[0052] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种正向型架外形优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) .以巡航外形为基准，采用参数化方法建立气动模型和结构模型，计算巡航工况下 的压力系数分布并将其作为优化设计目标； (2) .定义设计变量，通过优化算法改变设计变量值设计型架外形； (3) .计算步骤（2)中所述型架外形所对应的气动模型以及结构模型，并对得到的结构 模型进行模态分析； (4) .计算步骤（2)中所述型架外形在巡航工况下静气动弹性变形后的外形以及相应 压力系数分布； (5) .根据步骤（4)得到的数据计算目标函数，然后判断是否满足收敛条件；若满足，SP 认为步骤（2)中所述型架外形为最优型架外形；若不满足，则执行步骤（6); (6) .重复步骤（2)至步骤（5)，直至得到最优型架外形。2. 根据权利要求1所述的正向型架外形优化设计方法，其特征在于，所述步骤（2)中的 优化算法为遗传算法、梯度法或遗传算法与梯度法的混合算法中的一种。3. 根据权利要求1所述的正向型架外形优化设计方法，其特征在于，所述步骤（2)中的 设计变量定义为：不同机翼展向位置翼型扭转中心点下反角变形量A a JP翼型扭转角变 形量A 0 ;。4. 根据权利要求1所述的正向型架外形优化设计方法，其特征在于，所述步骤（5)中的 目标函数为保证型架外形在巡航状态下的气动性能与理想巡航气动性能一致的目标函数、 保证型架外形在巡航状态下的气动外形与理想巡航气动外形一致的目标函数、或混合上述 两种目标函数中的一种。5. 根据权利要求1所述的正向型架外形优化设计方法，其特征在于，所述步骤（5)中， 可将多个飞行工况下的飞机外形和压力系数分布作为目标函数。6. 根据权利要求1所述的正向型架外形优化设计方法，其特征在于，所述步骤（5)中， 在得到最优型架外形之后，输出最优型架外形所对应的气动模型和结构模型。
【专利摘要】本发明公开了一种正向型架外形优化设计方法，包括以下步骤：(1)采用参数化方法建立巡航外形的气动模型和结构模型；(2)通过优化算法设计型架外形；(3)计算型架外形的气动模型及结构模型，并对得到的结构模型进行模态分析；(4)计算静气动弹性变形后的外形及相应压力系数分布；(5)验证是否为最优型架外形；若不是，则执行步骤(6)；(6)重复步骤(2)至步骤(5)直至得到最优型架外形。本发明采用优化设计的理念设计型架外形，即先通过参数化方法定义型架外形，然后通过改变参数值得到型架外形，再采用优化算法自动寻优方式直至得到最优型架外形，保证了变形后型架外形以及其气动性能与设计巡航外形最为接近。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105117541
【申请号】CN201510512885
【发明人】孙明哲, 曾杰, 徐吉峰
【申请人】中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心, 中国商用飞机有限责任公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月19日