傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)氣動(dòng)-動(dòng)力學(xué)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化研究.pdf

1、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的設(shè)計(jì)必須同時(shí)滿(mǎn)足直升機(jī)和飛機(jī)這兩種不同飛行模式的要求，是典型的多目標(biāo)設(shè)計(jì)問(wèn)題；傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的研制涉及到空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、飛行力學(xué)等多門(mén)學(xué)科，這些學(xué)科相互影響、相互耦合，也是典型的多學(xué)科設(shè)計(jì)問(wèn)題；而優(yōu)化技術(shù)正是解決這些問(wèn)題的有效手段。
　　 本文在分析國(guó)內(nèi)外傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)研究狀況的基礎(chǔ)上，針對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)研制最為關(guān)鍵的氣動(dòng)和動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題，分別建立了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的氣動(dòng)分析模型和動(dòng)力學(xué)分析模型，研究了多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)和多學(xué)科設(shè)

2、計(jì)優(yōu)化技術(shù)在傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
　　 基于自由尾跡分析方法建立了傾轉(zhuǎn)旋翼的氣動(dòng)分析模型，考慮了傾轉(zhuǎn)旋翼槳葉大的非線性負(fù)扭轉(zhuǎn)及弦長(zhǎng)和厚度非線性分布的特點(diǎn)，計(jì)入了尾跡及其收縮和槳-渦干擾對(duì)誘導(dǎo)速度的影響，能夠更準(zhǔn)確的描述旋翼的氣動(dòng)環(huán)境。同時(shí)開(kāi)展了傾轉(zhuǎn)旋翼氣動(dòng)性能及旋翼和機(jī)翼之間的氣動(dòng)干擾試驗(yàn)，通過(guò)理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證了傾轉(zhuǎn)旋翼氣動(dòng)分析模型的正確性；開(kāi)展了變直徑傾轉(zhuǎn)旋翼設(shè)計(jì)和變直徑傾轉(zhuǎn)旋翼氣動(dòng)試驗(yàn)，得到了一些有意義的結(jié)

3、論。在氣動(dòng)建模的基礎(chǔ)上，以懸停和巡航效率為目標(biāo)函數(shù)，以槳葉氣動(dòng)外形參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，建立了傾轉(zhuǎn)旋翼的氣動(dòng)優(yōu)化模型，分別采用多島遺傳算法、多目標(biāo)遺傳算法及多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化策略對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼的懸停和巡航狀態(tài)進(jìn)行了單目標(biāo)和多目標(biāo)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 基于剛性槳葉、剛體短艙及彈性機(jī)翼的假設(shè)，建立了傾轉(zhuǎn)旋翼/短艙/機(jī)翼耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型，模型計(jì)入了槳葉的變距/揮舞/擺振結(jié)構(gòu)耦合及變距與萬(wàn)向鉸的耦合、機(jī)翼彎扭耦合；在此基礎(chǔ)上，分析了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在

4、懸停和巡航狀態(tài)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性、氣彈響應(yīng)及傾轉(zhuǎn)旋翼、機(jī)翼參數(shù)對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律，并以算例驗(yàn)證了計(jì)算模型的正確性。
　　 在建立的面向設(shè)計(jì)的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)氣動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析模型的基礎(chǔ)上，分析了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)氣動(dòng)和動(dòng)力學(xué)兩學(xué)科之間的耦合關(guān)系，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法研究了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)氣動(dòng)及動(dòng)力學(xué)特性的影響規(guī)律，并以懸停和巡航效率及巡航時(shí)最小模態(tài)阻尼為優(yōu)化目標(biāo)，以旋翼和機(jī)翼氣動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，建立了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)

5、氣動(dòng)/動(dòng)力學(xué)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，優(yōu)化中采用了多學(xué)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(dòng)和動(dòng)力學(xué)學(xué)科分解及基于懸停和巡航狀態(tài)分解的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)氣動(dòng)/動(dòng)力學(xué)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化框架，采用了代理模型(Surrogate Model)技術(shù)和混和搜索策略來(lái)求解該優(yōu)化問(wèn)題，在保證優(yōu)化結(jié)果具有較高的可靠性的基礎(chǔ)上提高了計(jì)算效率；按照上述優(yōu)化方法和優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)氣動(dòng)/動(dòng)力學(xué)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化，得到了全局最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化結(jié)果表明