基于ISIGHT的機翼氣動優化設計

王 濤

（南昌理工學院,南昌 330013）

1 機翼氣動優化平臺的建立

根據機翼氣動優化分析的需要，要求完成三維機翼模型的自動建立、機翼網格的自動劃分、流體計算以及系統優化四個方面的任務。優化平臺的設計簡化框圖如圖1所示：

機翼模型的構建機翼的網格劃分機翼流體力學計算Isight控制數據流的傳遞。

圖1 機翼氣動優化平臺簡化框圖

機翼模型的構建模塊：主要是完成對三維機翼的自動修形，即根據Isight優化算法的要求，自動的調整諸如弦長、迎角之類的外形參數，構建新的機翼外形。

機翼網格劃分模塊：主要負責對機翼外形的網格劃分。

機翼流體力學計算模塊：負責采用合適的數值模擬方法計算出各項氣動特性參數。

Isight模塊：負責各項任務銜接和引導，并根據流體計算結果和一定的優化搜索策略，調整機翼的外形參數，到達自動尋優的目的。

鑒于以上的分析，在Isight軟件里建立了如下的優化平臺。

圖2 Isight中的機翼氣動優化平臺

從圖2中可以看出，goug是完成參數化建模的，gogambit用來實現網格劃分，流體計算則是由gofluent來完成、Calculatvor用來完成對研究目標的二次計算，如計算升阻比CL/CD等。DOE用來完成實驗設計，根據實驗設計的結果，選擇合適的設計點，再進行優化設計。

機翼氣動優化平臺建立的具體思路步驟見圖2。在該圖中，包含了參數化建模、網格劃分到氣動分析所需的各類信息，同時給出了各模塊在iSIGHT上的具體的輸入輸出參數文件。其中iSIGHT主要是實現對數據的自動調用，按照某種預先設計的算法，完成對數據的流的反復導入，當達到最終設定的優化目標時，則停止運算，并輸出最優結果。

Feiji.prtFeiji.expFeiji.x_tGambit.jouFluent.jouFeiji.mshFeiji.datUG構建機翼模型Gambit生成翼型網格Fluent計算得到Cl，CdiSIGHT控制數據流程Ug二次開發程序

圖3 優化平臺建立的具體思路步驟

2 目標優化

為了驗證機翼氣動優化的效果，我們選取了典型的joukowski翼型作為研究對象，首先通過對某類翼型的參數化，然后由ISIGHT負責自動計算，實現參數化建模的自動化。

設計變量：提取根弦長250mm、梢弦長50mm、半展長1000mm和前緣后掠角11.5°作為設計變量。

其中來流速度V0=50m/s，攻角為θ=5°；假設流體為定常的；來流空氣物理特性取標準海平面的值：壓強為101,325 Pa ，密度= 1.2250 kg/m3，溫度為288.16 K，運動學粘性系數v = 1.4607e-5 m2/s。

目標函數：升阻比CL/CD最大。

優化求解：在本算例中，試驗設計采用拉丁超立方法獲得100個樣本點。該方法允許實驗樣本點在設計有效域內進行均勻化的排布。該算法和ISIGHT的結合將可以較好的進行反復的目標函數測算，并且可以有效減少因為實驗樣本點選擇不合理帶來的優化誤差。由于選擇了100個樣本點，因此基于ISIGHT的集成系統會對100多個不同參數的模型進行測算。并對每一個模型進行網格化（通過調用Gambit軟件），最后進行流體計算（通過調入Fluent軟件）。最后得出100組升阻比。

優化結果如表所示。

在上表中，只給出最終的優化結果，從表中的數據可以看出，通過對三維機翼的優化，機翼的升阻比有一定的提高。在最優升阻比數據對應的三維模型，也即我們想要得到的模型。

優化結果

3 總結

本章應用CAD二次開發技術和參數化建模方法，充分利用了CAD軟件豐富的建模功能，通過和ISIGHT集成軟件的并行工作，最終提升了設計效率。

[1]王濤，彭如.多學科協同優化設計技術的研究初探[J].電子制作，2014(01).