基于伴随方法的机翼气动外形优化

陈帅 中国特种飞行器研究所

一、引言

在过去的10 年里，优化设计主要通过经验设计方法，然而当涉及大量设计变量时需要极大的计算量。为了进行有效的优化工作，发展了一种伴随求解方法，伴随方法通过求解一系列伴随方程计算包含方向和大小信息的梯度，其计算量与设计变量的数目无关。

本文主要目的是测试由Fluent2019R3 提供的伴随求解器，探索该伴随求解器是否能满足设计目标，是否能够提升气动性能，是否能够减少设计时间。基于该伴随求解器计算了某翼型及M6 机翼，测试了其鲁棒性、计算资源需求及易用性，模型清理采用SCDM 软件，网格划分采用Fluent Meshing 软件，流场求解及优化采用Fluent，计算结果通过Tecplot 可视化处理。通过计算表明Fluent 伴随求解器能够应用于工程实用中，并且随着Fluent 的发展，该方法也会越来越完善。

二、算例计算与分析

对onera M6 机翼进行减阻优化设计，网格采用非结构混合网格，网格单元共计430 万。计算状态为Mafalse=0.8395；αfalse=3.06°；Re false=5.0E6。湍流模型选择k-ωSSTfalse;目标函数为升阻比最大化，约束为机翼面积不减小。优化的结果如下：

图1 优化前后压强云图对比

图2 η=60%剖面处压强分布及剖面形状变化对比

表1 给出了优化前后升阻比及体积的变化，由于计算资源有限，仅仅计算迭代了6 次，升阻比变化不是很明显，但足够的迭代次数能够获得较好的效果，同时机翼面积得到了很好的约束。

从图1 可以看出激波后移，同时强度削弱。从图2沿展向的1 个剖面的压强分布和几何变化可以看出激波后移及强度削弱，几何发生了扭转，证明该优化方法有效果。

三、结论

O NERA M6 机翼的气动优化有效削弱了激波强度，达到了优化目的，验证了基于Fluent 的气动外形优化方法的可行性。同时本文计算均在单机上完成，优化效果还算明显，整个过程自动化程度高，设置过程简单，工程实用性好，具有很好的应用前景。