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翼型、叶栅空气动力学重点实验室在共轴双旋翼直升机的翼型设计方法方面取得进展
2019-12-16 10:12   审核人:

翼型、叶栅空气动力学重点实验室宋文萍和韩忠华教授团队与中国直升机设计研究所合作,在共轴双旋翼直升机的翼型设计方法方面取得重要进展。近日,基于相关研究成果撰写的论文“Hybrid Inverse/Optimization Design Method for Rigid Coaxial Rotor Airfoils Considering Reverse Flow”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.2019.105488)。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,第一作者为澳门新葡亰手机版2016级博士研究生韩少强,合作单位为中国直升机设计研究所。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。

2016年,宋文萍教授带领课题组与航空工业直升机设计研究所合作开展关于双钝头翼型的气动设计方法研究。当时负责相关工作的研究生赵佳祥以美国西科斯基公司公开的双钝头翼型(DBLN-526翼型)为基准,多次采用直接优化算法进行优化,但始终无法得到性能优越且实用可靠的新翼型。紧要关头,在代理优化算法和气动设计领域深耕多年的韩忠华教授亲自动手进行了设计。在采用优化算法的基础上,进行了多轮次的手动修型,反复设计评估,终于取得突破,设计出了一种气动性能优异且外形光顺的高速旋翼反流区翼型(NPU-EA-260),并获得了国家发明专利(ZL201811236180.8)。

上述研究工作也让韩忠华教授发现了双钝头翼型气动优化设计所面临的巨大困难:在很宽的升力范围内实现在正流和反流状态下的多点全局优化,设计空间非常复杂,如果使用仅专注于性能指标的直接优化,往往难以得到实用的翼型。针对这一关键问题,韩忠华教授产生了一个新的想法:能不能基于课题组发展多年的高效全局代理优化框架,提出一种结合反设计和优化设计的混合设计方法,从而允许设计者根据设计经验和对流动机理的认识直接“干预”数值优化过程?

2019年,团队大胆尝试了多点混合反设计/优化设计的气动优化设计新方法。经过充分的设计和评估,设计出了三个用于桨叶根部不同剖面位置的低阻高升力双钝头翼型,得到了合作单位的认可,并将所设计的翼型配置于某试验平台的桨叶上。经过对设计过程的总结和提炼,团队与航空工业直升机设计研究所合作,将该方法发表于Aerospace Science and Technology期刊。

翼型、叶栅空气动力学重点实验室宋文萍和韩忠华教授团队发明的新型旋翼桨根翼型,能够有效抑制流动分离,降低阻力,提高升阻比,从而提高刚性共轴双旋翼直升机的气动效率。所发展的混合反设计/优化设计方法,相比于传统的直接数值优化方法能够优化出性能更好、更实用的翼型,同时比设计者反复的手动修型设计更加高效,是气动优化走向真正实用化的一个进步点。

 

1 韩忠华教授团队发明的高速直升机反流区双钝头翼型

(专利号:ZL201811236180.8

 

 

2 刚性共轴双旋翼桨叶剖面翼型布置示意图

 

3 DBLN-526翼型为基准的混合优化设计

 

4 40%厚度标准椭圆翼型为基准的混合优化设计

 

撰稿:韩少强   审核:张伟伟

 

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