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翼型、叶栅空气动力学重点实验室在高超声速翼型和机翼宽速域气动设计方面取得进展
发布时间:2019-09-10 15:47:35 作者:韩忠华 来源:航空学院 已浏览:

西工大新闻网9月10日电韩忠华)翼型、叶栅空气动力学重点实验室韩忠华教授团队在高超声速设计空气动力学领域取得进展,发明了一种新概念高超声速翼型,发展了一种高效全局的宽速域气动优化设计方法,并证明翼型对高超声速飞行器设计仍然重要。近日,基于相关研究成果撰写的论文“Surrogate-Based Aerodynamic Shape Optimization of Hypersonic Flows Considering Transonic Performance”发表于航空航天领域SCI 1区期刊Aerospace Science and Technology (论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ast.2019.105345)。此论文第一通讯单位为西北工业大学,通讯作者是韩忠华教授,第一作者为航空学院2017级硕士研究生柳斐,合作单位为中国航发四川燃气涡轮研究所和北京空天技术研究所。该研究项目获得国家自然科学基金项目资助,并得到了合作单位的大力支持,研究成果目前已获得成功应用。

随着空间探索与空间应用活动的日益频繁,人类对于快速、高效、廉价的空天运输的需求日趋迫切。 因此,能从地面起飞,经历多个速域和飞行阶段的高超声速飞行器成为未来航空航天领域的重点发展方向之一。 然而,各个速域对于飞行器气动外形/构型的要求往往相互矛盾,设计一个具有良好宽速域气动特性的外形显得困难重重。

韩忠华教授团队发明的新概念高超声速翼型

(专利号:ZL201610246929.1)

为解决上述问题,韩忠华教授从八年前就开展了相关研究。 2011年,宋文萍教授带领课题组与北京某研究所合作开展关于高超声速翼型的基础研究,刚从DLR留学回来的韩忠华教授具体负责这项研究。 大家知道,在高超声速流动条件下,翼型的影响其实并不显著。 因此,每次开评审会,都不乏质疑的声音。 高超声速条件下还有没有翼型的概念? 到底研究高超声速翼型有没有意义? 在一次汇报会上,合作单位领导提出:“你们是国家级实验室,是我们国家专门研究翼型的,你们能不能发挥专长和优势,搞出一种新概念高超声速翼型。 ”由此,韩忠华教授坚定了发明一种新概念高超声速翼型的想法。 他带领团队老师和研究生系统开展了CFD数值模拟研究,总结了翼型在不同速域的增升减阻流动机理,基于这些认识,结合所发展的基于代理模型的全局优化方法和手动修型技术,经历了多次失败,终于在2015年取得突破, 得到了一种性能优异的新概念宽速域翼型(NPU-Hyper-04),并获得了国家发明专利(ZL201610246929.1)。 该翼型具有与众不同的外形和特殊的流动机理,不仅可以提高高超声速升阻比,还保持了优良的亚跨声速性能。 在项目结题及鉴定会上,这项成果得到了评审专家肯定。

基于代理模型的多轮次气动优化设计方法

2017年,团队进一步改进CFD分析和优化设计方法,得到了不同厚度和前缘半径的系列宽速域翼型。 2018年,团队采用德国桑格尔号空天飞机机翼平面外形开展三维优化设计和评估,证实在二维翼型研究中发现的特殊流动机理在三维机翼上也可以实现。 2019初,发明的翼型和宽速域设计方法的有效性在与另一家单位合作中再次得到证明。

配置不同翼型的高超声速飞行器机翼宽速域气动特性对比

八年磨一剑,翼型、叶栅空气动力学重点实验室韩忠华教授团队发明的高超声速翼型,能够有效提升高超声速飞行器的宽速域气动性能,回答了“高超声速条件下还有没有翼型的概念? 研究高超声速翼型还有没有意义? ”的问题,为高超声速飞行器气动设计提供了新的思路与方法。

(审稿:张伟伟)

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