[发明专利]一种自然层流短舱外形的确定方法及系统

说明书

本发明公开一种自然层流短舱外形的确定方法及系统。该方法包括：采用CST方法对待改进短舱的剖面进行参数化，通过γ‑Re_θ转捩模型获取自然层流短舱的转捩发生的位置；获取进气道入口及发动机出口的边界条件；采用拉丁方设计方法获得变量组；根据变量组获取对应的短舱阻力；建立第一Kriging响应面模型；获取变量组对应的短舱阻力的方差；建立第二Kriging响应面模型；确定目标函数，利用第一Kriging响应面模型和第二Kriging响应面模型进行短舱阻力的均值和方差的预测；获得使得目标函数的函数值最小时的变量组，得到最优变量组；根据最优变量组中的参数确定自然层流短舱的外形。本发明的方法及系统，能有效提高层流短舱外形的性能，减小飞机的表面摩擦阻力、提高飞机的经济性。

技术领域

本发明涉及飞机短舱设计领域，特别是涉及一种自然层流短舱外形的确定方法及系统。

背景技术

大型运输机是国际航空工业竞争最激烈的领域，其发展所面临的挑战是如何满足经济性、安全性、舒适性、环保性等方面越来越苛刻的要求。比如，美国NASA规划的未来三代民用运输机的耗油率相比目前的B737要分别降低33％、40％、70％，应对这些苛刻要求，需要加强开展改进飞机气动效率等的设计研究。

减小气动阻力一直是空气动力学界最活跃的研究热点之一，A340的研究结果表明，阻力减少0.3％相当于节省300公斤的燃油或者增加3个乘客。由于翼身组合体大型亚声速运输机的摩阻约占全机阻力的50％，因而采用层流技术降低机体阻力是布局优化中十分重要的课题。NASA Obara等人的研究表明，在典型商务喷气客机的表面扩大层流流动，有可能使全机阻力降低(12～14)％。在A380的设计中通过引入先进的层流技术，使阻力降低了4.7％。

随着大涵道比涡扇发动机技术的快速发展，其几何尺寸的增大导致了发动机短舱阻力在全机阻力中所占的比例迅速增加，短舱表面摩擦阻力是短舱的主要阻力来源之一。NASA Obara等人的研究表明。大型飞机巡航条件下，发动机短舱表面摩擦阻力贡献约80％的短舱阻力，占全机阻力的3％左右。因此，在短舱外表面实现一定长度的层流，有利于减小飞机的表面摩擦阻力、提高飞机的经济性。

发明内容

本发明的目的是提供一种自然层流短舱外形的确定方法及系统，以确定一种自然层流短舱的外形，从而减小飞机的表面摩擦阻力，提高飞机的性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自然层流短舱外形的确定方法，所述方法包括：

采用CST方法对待改进短舱的剖面进行参数化，获得多个参数组；每个参数组包括多个参数的不同取值；所述待改进短舱为非层流化短舱；

通过γ-Re_θ转捩模型获取自然层流短舱的转捩发生的位置；

获取进气道入口及发动机出口的边界条件；

采用拉丁方设计方法对所述多个参数组更新，获得多个变量组；每个参数组对应得到一个变量组；

根据所述多个变量组获取每个变量组对应的短舱阻力；

根据所述多个变量组和对应的短舱阻力建立第一Kriging响应面模型；

根据所述第一Kriging响应面模型获取每个所述变量组对应的短舱阻力的方差；

根据所述多个变量组和对应的方差建立第二Kriging响应面模型；

确定目标函数其中表示第i个变量组对应的短舱阻力的均值，表示第i个变量组对应的短舱阻力的方差；

利用所述第一Kriging响应面模型和所述第二Kriging响应面模型进行短舱阻力的均值和方差的预测；

获得使得所述目标函数的函数值最小时的变量组，得到最优变量组；