[发明专利]一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型及其设计方法

权利要求书

1.一种兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型，其特征在于，在设计状态下，翼型上表面具有以下的压力分布形态：

在翼型上表面40％C到50％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值为零；在翼型上表面50％C到58％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值从零逐渐线性减小，58％C处的顺压梯度值不小于-0.4；

在翼型上表面前缘区域，即弦向范围为5％C～40％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值逐渐线性增加到零，5％C处的顺压梯度值不小于-2.4；其中，C为翼型弦长；

兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型的上表面数据点坐标见表1；兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型的下表面数据点坐标见表2；

表1翼型的上表面数据点

表2翼型的下表面数据点

其中，X/C_up表示翼型的上表面横坐标；Y/C_up表示翼型的上表面纵坐标；X/C_low表示翼型的下表面横坐标；Y/C_low表示翼型的下表面纵坐标。

2.一种权利要求1所述的兼顾自然层流特性和超临界特性的翼型的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定设计变量：

采用CST参数化方法对基准翼型进行参数化描述，8阶CST共18个CST参数，分别为B₁,B₂,..,B₁₈，由此确定设计变量为：X＝(B₁,B₂,..,B₁₈)；

步骤2，确定反设计目标：

将翼型上表面如下的压力分布形态，作为反设计目标：

在设计状态下，在翼型上表面40％C到50％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值为零；在翼型上表面50％C到58％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值从零逐渐线性减小，58％C处的顺压梯度值不小于-0.4；

在翼型上表面前缘区域，即弦向范围为5％C～40％C的区域，局部压力分布顺压梯度的值逐渐线性增加到零，5％C处的顺压梯度值不小于-2.4；其中，C为翼型弦长；

步骤3，确定总目标函数：

采用加权系数法将步骤2确定的反设计目标的局部压力分布的吻合度和直接优化设计目标阻力系数的加权目标作为总目标函数，总目标函数obj表达式为：

obj＝W₁·obj₁+W₂·obj₂

obj₁＝A₁·∑(C_p-C_p,target)²，obj₂＝A₂·C_d

A₁＝1/∑(C_p,base-C_p,target)²,A₂＝1/C_d,base

其中：

obj₁为压力分布反设计目标，即为步骤2确定的反设计目标，即优化过程中间翼型压力分布与目标压力分布之差的平方和；

obj₂为直接优化设计目标，即优化过程中间翼型的阻力系数值；

obj为总目标函数；

A₁为第一归一化参数，为目标压力分布C_p,target与基准翼型压力分布C_p,base差的平方和的倒数；

A₂为第二归一化参数，为基准翼型的阻力系数的倒数；

C_p为优化过程中间翼型的压力分布值；

C_p,target为目标压力分布值；

C_p,base为基准翼型压力分布值；

C_d为优化过程中间翼型的阻力系数值；

C_d,base为基准翼型的阻力系数值；

W₁，W₂分别为反设计目标和直接优化设计目标对应的权重系数，取W₁＝0.9，W₂＝0.1；

步骤4，确定优化约束条件：

优化约束条件为：

C_L＝C_L0

|C_M|≤|C_M0|

Thickness≥Thickness₀

其中：

C_L为优化过程中间翼型的升力系数；

C_L0为基准翼型的升力系数；

C_M为优化过程中间翼型的力矩系数；

C_M0为基准翼型的力矩系数；

Thickness为优化过程中间翼型的最大厚度值；

Thickness₀为基准翼型的最大厚度值；

因此，优化约束条件为：优化过程中间翼型的升力系数相对基准翼型不减小，采用定升力系数优化；优化过程中间翼型力矩系数的绝对值相比基准翼型不增加；优化过程中间翼型的翼型最大厚度，相比基准翼型不减小；

步骤5，由步骤2确定的翼型上表面压力分布形态引导优化设计出翼型：

采用代理优化算法对翼型进行混合反设计/优化设计，输出满足约束条件且使总目标函数最小时的设计变量值，从而最终确定由局部压力分布引导优化设计出的翼型几何外形。