[发明专利]一种用于低雷诺数翼型优化的方法

说明书

一种用于低雷诺数翼型优化的方法，根据任务要求，在Matlab软件上编译CST函数，用CST函数将翼型参数化，输入CST函数中的参数，得到CST函数对应的翼型的几何外形，将翼型的几何外形导入ICEM软件，利用ICEM宏录制功能，完成对翼型的有限元网格划分，得到网格文件；在Fluent软件中进行宏录制即对飞行工况、气动计算条件进行设置，将网格文件导入Fluent软件，完成气动计算，得到翼型升力系数、升阻比；对步骤(3)得到的翼型升力系数、升阻比进行判断，若翼型升力系数、升阻比均满足任务要求，则保留翼型的几何外形对应的CST函数；否则调整CST函数中的参数；得到了气动效率高的翼型，提高了飞行器的飞行性能。

技术领域

本发明涉及一种用于低雷诺数翼型优化的方法，属于临近空间飞行器领域。

背景技术

美国在上世纪90年代先后推出“捕食者”、“全球鹰”无人机，我国也紧跟步伐，连续研制出“彩虹”、“翼龙”等型号无人机，卓有成效地完成了包括打击、侦察和预警等多种军事任务。就目前的发展趋势来看，高空、长航时、多用途是未来无人机的主要发展方向。

高空无人机的巡航高度位于平流层，该区域距离地面一般在20-30km，空气稀薄，密度低，运动粘性系数较大，因此飞行雷诺数较常规而言更低(Re≈2×105)，所以提升飞机巡航时的升力系数和升阻比是至关重要的。

在目前的技术条件下，高空长航时无人机的飞行速度一般较大，如果强行降低巡航速度，飞机会有失速的危险。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种用于低雷诺数翼型优化的方法，通过翼型优化，实现了高空无人机的巡航高度位于平流层，该区域距离地面一般在20-30km，空气稀薄，密度低，运动粘性系数较大的情况下，提升飞机巡航时的升力系数和升阻比，实现高空无人机的巡航作业。

本发明解决的技术方案为：一种用于低雷诺数翼型优化的方法，步骤如下：

(1)根据任务要求，在Matlab软件上编译CST函数，用CST函数将翼型参数化，输入CST函数中的参数，得到CST函数对应的翼型的几何外形；

(2)将翼型的几何外形导入ICEM软件，利用ICEM宏录制功能，完成对翼型的有限元网格划分，得到网格文件；

(3)在Fluent软件中进行宏录制即对飞行工况、气动计算求解方程进行设置，将网格文件导入Fluent软件，完成气动计算，得到翼型巡航时升力系数、升阻比；

(4)对步骤(3)得到的翼型巡航时升力系数、升阻比进行判断，若翼型巡航时升力系数、升阻比均满足任务要求，则保留步骤(1)中翼型的几何外形对应的CST函数；否则，返回步骤(1)调整CST函数中的参数。

几何外形，包括翼型的厚度、弯度和前缘半径。

编译的CST函数，包括类别函数和形状函数两部分相乘得到CST函数，CST函数表示的曲线能够准确描述低雷诺数翼型的外形。

输入CST函数中的参数，具体为：CST函数中的部分中的参数输入后不变，S(ψ)中的参数能够调整。

利用ICEM宏录制功能，完成对翼型的有限元网格划分，具体为：网格划分时采用全结构网格，设定翼型的远场前方、上方、下方距离、后方距离、网格高度。

网格文件为.mesh格式。

对飞行工况、气动计算求解方程进行设置，具体为：飞行工况设置包括：任务要求的飞行高度、飞行速度、飞行姿态；气动计算求解方程包括模拟翼型层流流动、转捩预测、湍流流动的方程。

完成气动计算，得到翼型升力系数、升阻比，具体为：利用模拟翼型层流流动、转捩预测、湍流流动的方程，得到翼型巡航时升力系数、升阻比。