第３３卷第ｌ期 空气动力学学报 Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．，２０１５ ２０１５年０２月 ＡＣＴＡ ＡＥＲｏＤＹＮＡＭＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ 文章编号：０２５８－１８２５（２０１５）Ｏ１－０１３４．０８ Ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｉｒｐｌａｎｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｗｉｎｇ ｗａｋｅ ｆｌｏｗ Ｂａｉ Ｊｕｎｑｉａｎｇ ，Ｓｕｎ Ｚｈｉｗｅｉ ，Ｄ０ｎｇ Ｊｉａｎｈ０ｎｇ ，Ｈｕａｎｇ Ｊｉａｎｇｔａ０ （１．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２．Ｃｈｉｎａ： ２．ＡＶＩＣ Ｔｈｅ Ｆｉｒｓｔ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｅ，Ｘｉ’ａｎ ７１００８９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｇ ｗａｋｅ ｆｌｏｗ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｉｒｃｒａｆｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｔ ｃｒｕｉ— ｓｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ．Ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｉｓ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｏｔｈｅｒ ｐａｒｔｓ ｏｆ ａｉｒｃｒａｆｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｉｎ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｒａｍｅ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＦＦＤ）ａｐｐｒｏａｃｈ．Ｔｈｅ ＮＵＲＢＳ ｓｐｌｉｎｅ ｉｓ ｃｈｏｓｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅ￣ｙ ｏｆ ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｇｅｏｍｅｔｒｙ．Ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｄｅｆｏｒｍｉｎｇ ｇｒｉｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｕｐｄａｔｅ ｓｐａｔｉａｌ ｇｒｉｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ａｎｄ ｍｅｓｈ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｍｏｄｉｉｅｄ Ｋｒｉｆｇｉｎｇ ｓｕｒｒｏｇａｔｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｍ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｒｅ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ａｎｄ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｆｉｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｏｐ— ｔｉｍａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｄｒａｇ ａｔ ｃｒｕｉｓｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ，ｕｐｓｗｅｐｔ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｈａｐｅ ａｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ’ｓ ｂｏｄｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｈｉｄｉｓｅｉｐｌｉｎａｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔ’ｓ ａｆｌｅｒｈｏｄｙ；ＦＦＤ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｍｏｄｉ— ｌｅｄ Ｋｒｉｆｇｉｎｇ ｓｕｒｒｏｇａｔｅ ｍｏｄｅｌ；ｉｎｆｉｎｉｔｅ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ；ｑｕａｎｔｕｍ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｍ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ 中图分类号：Ｖ２１１．４ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．７６３８／ｋｑｄｌｘｘｂ一２０１３．００８１ 考虑机翼尾流影响的运输类飞机后体气动外形优化设计 白俊强 ，孙智伟 ，董建鸿 ，黄江涛 （１．西北工业大学，陕西西安７１００７２；２．中国航空工业集团第一飞机设计研究院，陕西西安７１００８９） 摘 要：在某典型运输机翼身组合体的构型上，进行了考虑机翼尾流影响的机身后体气动外形 优化设计研究。基于翼身组合体构型建立了考虑尾流影响和部分工程约束的优化设计系统，并对 后体构型在巡航状态下进行了优化设计。以比较适合描述后体变形的ＮＵＲＢＳ样条基函数为空间 控制体属性引入ＦＦＤ自由变形技术，通过在ＦＦＤ控制框架对该运输机后体进行了空间属性构建。 采用无限差值动网格技术提高空间网格的更新效率并保证网格质量。利用改进Ｋｒｉｇｉｎｇ代理模型、 量子粒子群优化算法提高优化效率和全局寻优能力。为减小巡航阻力，对某运输机后体的上翘角、 截面形状等参数进行了优化设计，优化结果显示，设计后的机身气动特性明显提高。 关键词：多学科优化设计；运输类飞机；ＦＦＤ技术；气动外形优化；Ｋｒｉｇｉｎｇ代理模型；无限差 值；量子粒子群 收稿日期：２０１３－０８－０６； 修订日期：２０１３—１０—２８ 作者简介：Ｂａｉ Ｊｕｎｑｉａｎｇ（１９７ｌ・），Ｍａｌｅ，Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｆｌｉｇｈｔ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｅｓｉｇｎ 通讯作者：Ｓｕｎ Ｚｈｉｗｅｉ（１９８４一），Ｍａｌｅ，Ｐｈ．Ｄ．Ｃａｎｄｉｔａｔｅ，Ｆｌｉｇｈｔ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｅｓｉｇｎ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｔａｒ１３５２１＠１６３．ｔｏｍ 引用格式：白俊强，孙智伟，董建鸿，等．考虑机翼尾流影响的运输类飞机后体气动外形优化设计（英文）［Ｊ］．空气动力学学报，２０１５，３３ （１）：１３４－１４１．ｄｏｉ：１０．７６３８／ｋｑｄｌｘｘｂ一２０１３．００８１． Ｂａｉ Ｊ Ｑ，Ｓｕｎ ＺＷ，Ｄｏｎｇ ＪＨ，ｅｔ ａ１．Ａｆｌｅｒｂｏｄｙ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｉｒｐｌａｎｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｗｉｎｇ ｗａｋｅ ｆｌｏｗＩ ＪＩ．Ａｃｔａ Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１５．３３（１）：１３４－１４１． 第１期 Ｂａｉ Ｊｕｎｑｉａｎｇ ｅｔ ａｌ：Ａｆｌｅｒｂｏｄｙ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｉｒｐｌａｎｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｗｉｎｇ ｗａｋｅ ｆｌｏｗ １４１ ［３］ Ｈｕａｎｇ Ｙ，Ｇｈｉａ Ｕ，Ｏｓｓｗａｌｄ Ｇ Ａ，ｅｔ ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ３一Ｄ ｆｌｏｗ ｐａｓｔ ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｕｓｉｎｇ Ｎａｖｉｅｒ— Ｓｔｏｋｅｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ『Ｒ １．ＡＩＡＡ １９９３－０６８３． ［４］ Ｚｈａｎｇ Ｂｉｎｑｉａｎ，Ｗａｎｇ Ｙｕａｎｙｕａｎ Ｄｕａｎ Ｚｈｕｏｙｉ，ｅｔ ａ１．Ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈ— ｏｄ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｕｐｓｗｅｐｔ ａｆｔｅｒｂｏｄｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｉｒｃｒａｆｔ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ａｅｒｏ－ ｎａｕｔｉｅａ ｅｔ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１０，３１（１０）：１９３３－１９３９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 张彬乾，王元元，段卓毅，等．大上翘机身后体设计方法［Ｊ］． 航空学报，２０１０，３１（１０）：１９３３－１９３９． ［５］ Ｋｏｎｇ Ｆａｎｍｅｉ，Ｈｕａ Ｊｕｎ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｌｆｏｗ ｐａ－ ｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｕｐｓｗｅｐｔ ａｆｔｅｒｂｏｄｉｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２００３，２９（１）： ３９４２． ［６］ Ｋｏｌｅｓａｒ Ｃ Ｅ，Ｍａｙ Ｆ．Ａｎ ａｆｔｅｒ ｄｒａｇ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｉｒｌｉｆｔｅｒｓ ｒ Ｒ］．ＡＩＡＡ １９８３—１７８７． ［７］ Ｔｈｏｍａｓ Ｊ Ｏｔａｈａｌ，ｅｔ ａ１．Ａｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＣＡＤ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｍｏｄｅｌｓ ｗｉｔｈ ｂｏｄｙ ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ ｃａｒｔｅｓｉａｎ ｇｒｉｄｓ ｆｏｒ ＤＳＭＣ ［ｃ］／／３４ ＡＩＡＡ Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｅｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２０００：１９—２２． ［８］ Ｚｈｕ Ｘｉｎｘｉｏｎｇ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｆ ｆｒｅｅ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｃｕｌｐｔ［Ｍ］． Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ，２０００．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） 朱雄心．自由曲线曲面造型技术［Ｍ］．北京：科学出版社， ２０００． ［９］ Ｓｅｄｅｒｂｅｒｇ Ｔ Ｗ，Ｐａｒｒｙ Ｓ Ｒ．Ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ，１９８８６，２２（４）：１５１．１６０． ［１Ｏ］Ｓｍｉｔｈ Ｒ Ｅ．Ｔｒａｎｓｆｉｎｉｔｅ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ（ＴＦＩ）ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｍ］． ｅｄｓ．Ｎ．Ｐ．Ｗｅａｔｈｅｒｉｌ１．Ｊ．Ｆ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ．Ｂ．Ｋ．Ｓｏｎｉ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｇｒｉｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，１９９９． ｒ １ １］Ｍｅｎｔｅｒ Ｆ Ｒ．Ｔｗｏ．ｅｑｕａｔｉｏｎ ｅｄｄｙ．ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｅｎ－ ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡＩＡＡ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９４，３２（８）：２６９．２８９． ［１２］Ｃｈｅｎ Ｐｅｎｇ，Ｌｉ Ｊｉａｎ，Ｇｕａｎ Ｔ ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｋｒｉｇｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｅｓ＆Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，２００９，２６（４）：１７８－１８１．（ｉｎ Ｃｈｉ－ ｎｅｓｅ） 陈鹏，李剑，管涛．基于ＰＳＯ的Ｋｒｉｇｉｎｇ相关模型参数优化［Ｊ］． 微电子学与计算机，２００９，２６（４）：１７８．１８１． ［１３］Ｓｈｉｎｋｙｕ Ｊｅｏｎｇ，Ｍｉｔｓｕｈｉｒｏ Ｍｕｒａｙａｍａ，Ｋａｚｕｏｍｉ Ｙａｍａｍｏｔｏ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ Ｋｒｉｇｉｎｇ ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＡＩＡＡ，２００５，４２（２）：４１３－４２０． ［１４］Ｓｕｎ Ｊ，Ｆｅｎｇ Ｂ，Ｘｕ Ｗ Ｂ．Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｈａｖｉｎｇ ｑｕａｎｔｕｍ ｂｅｈａｖｉｏｒ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｅｖｏ－ ｌｕｔｉｏｎａｒｙ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，２００４：３２５—３３ １． ［１５］Ｋｎｉｌｌ Ｄ Ｌ，Ｇｉｕｎｔａ Ａ Ａ．Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｅｌｓ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ｅｕｌｅｒ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｆｏｒ ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｉｒｃｒａｆｔ，１９９９，３６（１）：７５－８６．
