鸭式布局高空长航时无人机系列的概念设计与气动优化

摘要

随着经济和国防建设的发展，高空长航时无人机的地位越来越重要。我国特殊的国情对高空长航时无人机提出了各种不同的技术要求，这就要求对无人机进行系列化设计。针对高空长航时无人机系列的气动特点，采用远距耦合鸭式布局的气动构型。 本文的研究重点是鸭式布局高空长航时无人机系列的概念设计与气动优化问题。 针对概念设计问题，本文在高空长航时无人机的EXCEL总体参数计算与优化程序基础上，通过联合使用优化软件iSIGHT和CAD软件CATIA，改进了原程序的优化功能，增加了三维草图自动绘制功能，从而开发出适用于无人机总体设计阶段的可视化概念设计与优化系统。高空长航时无人机系列的概念设计实例证明了基于EXCEL的无人机可视化概念设计与优化系统的优越性。 针对气动优化问题，本文借鉴多学科优化技术中的多级优化方法，研究了适用于高空长航时无人机系列的二级气动优化框架。为了减小计算量，在气动优化中使用了代理模型。高空长航时无人机系列的气动优化算例表明，基于代理模型的二级气动优化方法能够同时兼顾多架飞机的气动性能，大大降低了无人机系列的总诱导阻力系数。 为了进一步分析优化方案的气动性能，本文最后采用较为精确的气动数值计算软件MGAERO进行高空长航时无人机系列的气动分析。为了直观地显示结果，采用OMIN3D软件进行了相应的后处理。