气动与多学科优化设计研究所8名硕士完成论文答辩

工作简介：

      本文针对未来自然层流减阻技术应用于跨声速机翼气动设计的需求，发展了一种基于高效全局优化算法的混合反设计/优化设计方法，并开展了跨声速自然层流翼型、窄体客机自然层流机翼和较大后掠且高雷诺数的自然层流机翼混合反设计/优化设计。结果表明，所发展的方法可有效解决跨声速自然层流翼型/机翼气动设计中自然层流特性和超临界特性矛盾的问题。

创新点：

（1）提出了一种融入设计者对流动机理认知的多点混合反设计/优化设计方法，显著提高了气动优化设计的鲁棒性和工程实用性。

（2）开展了跨声速自然层流翼型混合反设计/优化设计，有效解决了翼型自然层流特性和超临界特性矛盾的问题。

（3）开展了跨声速自然层流机翼混合反设计/优化设计，有效解决了机翼自然层流特性和超临界特性矛盾的问题。

成果：

（1）论文：

[1]Chi J B, Han Z H, Fan T L, Zhu Z, Song W P. Hybrid Inverse/Optimization Design Approach for Transonic Natural-Laminar-Flow Airfoils[C]. AIAA Scitech 2019 Forum, AIAA-2019-1475, 2019.（EI: 20192907188706）

[2]池江波, 韩忠华, 朱震, 许朕铭, 宋文萍. 适用于跨声速自然层流机翼的混合反设计/优化设计方法研究[C]. 第十八届全国计算流体力学会议, 2019.

（2）发明专利：

[1] 韩忠华, 池江波, 许朕铭, 宋文萍, 张科施, 许建华. 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, 2020.（申请号: 202010598184.1）

（3）奖励与荣誉：

[1] 航空学院2021年硕士研究生优秀毕业生，2021

[2]航空学院一等社会活动奖学金，2020

[3]航空学院吴亚军专项奖学金，2019

[4]航空学院硕士研究生一等奖学金，2019

[5]气动与多学科优化设计研究所 研究成果一等奖，2020

[6]离线数据驱动进化优化大赛 国际一等奖（排名不分先后），2020

参加科研情况：

[1]国家“十三五”装备预研共用技术项目，子项目“新型层流超临界翼型设计”，2018.01~2020.12。

[2]国家“十三五”装备预研共用技术项目，子项目“翼型基础数据库软件开发”，2020.01~2020.12。

[3]国家自然科学基金 面上项目，“新概念前掠自然层流机翼的横流不稳定性抑制机理与优化设计”，项目编号：11972305，2019.10~2023.12。

工作简介：

      本文针对飞行器稳健气动优化设计过程中的计算成本巨大、适用范围受限，且与之配套的优化设计平台通用性和扩展性不足的问题，改进和发展了基于统一代理模型的稳健优化设计方法（USB-RDO），并建立了基于CPACS数据格式的优化设计平台框架。在上述优化设计平台上分别开展了翼型、机翼和翼身组合体的稳健气动优化设计，验证了USB-RDO方法的高效性和该优化设计平台的实用性与通用性。

成果：

（1）论文：

[1] 孟冠宇, 韩忠华, 张科施, 宋文萍. 基于代理模型的鲁棒气动优化设计方法研究[C].第十八届全国计算流体力学会议，2019.

（2）发明专利：

[1] 韩忠华, 孟冠宇, 张科施, 宋文萍, 许建华. 一种考虑几何不确定因素的翼型稳健气动优化设计方法.(申请号: 202010590508.7, 公示期).

（3）奖励与荣誉：

[1]IEEE世界智能计算大会“离线数据驱动进化优化竞赛”，团体冠军，2020

[2]第十六届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛，国家级二等奖，2019

[3]第五届“飞鲨杯”中国研究生未来飞行器创新大赛，国家级三等奖，2019

[4]研究生二等学业奖学金，2019

[5]研究生一等学业奖学金，2018

[6] 气动与多学科优化设计研究所，研究成果二等奖，2020

参加科研情况：

[1] 国家“十三五”装备预研共用技术项目，“飞行器多目标耦合气动优化设计技术”， 项目编号：41406030301，2017~2020。

工作简介：

      空天飞机等飞行器的宽域飞行需求对气动设计提出了新的挑战，本文针对飞行器宽域飞行中升力难以匹配，使部分速域下的飞行严重偏离最大升阻比状态而导致可用升阻比不足的现象，发展了一种考虑升力匹配的宽域气动优化设计方法；开展了单独机翼以及考虑机体干扰的机翼宽域气动优化设计研究，结果表明，优化构型在各速域升重平衡时的可用升阻比得到了明显地提升，显著缓解了宽域升力匹配问题。

创新点：

（1）提出了一种考虑升力匹配的宽域气动优化设计方法，建立了考虑升力匹配时宽域飞行器优化设计的一般流程，有效缓解了宽域升力匹配设计难题。

（2）采用发展的方法成功开展了考虑升力匹配的机翼与全机构型下的机翼宽域气动优化设计，优化构型的宽域气动性能得到显著提升。结合优化结果归纳了考虑升力匹配的宽域气动构型的外形几何特征与设计要点。

成果：

（1）论文：

[1]张阳, 韩忠华, 柳斐等. 高超声速飞行器宽速域翼型多目标优化设计研究[J]. 气体物理, 2019, 4(4): 26-40

[2]张阳，韩忠华，柳斐等. 高超声速飞行器宽速域翼型高效多目标优化设计方法研究[J].航空科学与技术, 2020, 31(11): 14-24.

[3]Zhang Y, Han Z H, Liu F, Xu Chenzhou. Multi-Objective Aerodynamic Shape Optimization of Wide-Mach-Number-Range Wing Considering Lift Matching[C]. ICAS, 2020. (录用)

[4]Liu F, Han Z H, Zhang Y, Song K, Song W P, Gui F, and Tang J B. Surrogate-Based Aerodynamic Shape Optimization of Hypersonic Flows Considering Transonic Performance[J]. Aerospace Science and Technology, 2019, 93(10): 105345.

（2）发明专利：

[1] 韩忠华,张阳,宋科等.《一种考虑升力匹配的宽速域机翼优化设计方法》. (申请号：202010734140.7，公示期）

（3）奖励与荣誉：

[1]IEEE WCCI CEC2020国际进化计算大会“离线数据驱动进化优化竞赛”团体第一名，2020；

[2]气动与多学科优化设计研究所研究成果一等奖，2020；

[3]第18届全国计算流体力学会议“青年优秀论文奖”，2019;

[4]气动与多学科优化设计研究所研究成果二等奖，2019；

[5]第十二届“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖，2019；

[6]达索系统2018 AERO-Design创新民用飞行器设计大赛二等奖，2018；

参加科研情况：

[1] 北京空天技术研究所，“XX翼型优化研究”，2017.09~2018.08。

[2] 中国空气动力研究与发展中心，“XX飞行器宽速域机翼气动优化设计”，2019.03~2020.02。

[3] 北京空天技术研究所，“XX技术研究”，2019.06~2020.06。

工作简介：

      本文针对气动噪声这一民机设计中的关键技术问题，采用高分辨率网格与基于SST模型的IDDES方法，并结合基于FW-H方程的声类比方法，对某涡桨飞机全机复杂降落构型在无动力（网格量1.6亿）和带动力下（2.4亿）的气动噪声开展数值预测。重点研究了全机构型中飞机部件之间的干扰而引起的噪声源、螺旋桨的旋转噪声及其对机体噪声的影响。此外，论文还针对襟翼开展了侧缘修形降噪研究。

创新点：

（1）首次对真实型号的全机1/6缩比模型进行了气动噪声产生机理和噪声预测研究。该工作是对现有针对相对简单几何部件噪声研究的有力扩展，对目前各民机型号在噪声数值预测方面有较大的参考意义。

（2）发展了一种襟翼降噪方法。所提出的襟翼修形方案显著削弱了襟翼侧缘涡这一重要噪声源，修形方案实现简单，效果突出，在实际型号上有较好的应用前景。

成果：

（1）论文：

[1] 宋敏华，宋文萍，王跃，韩忠华，许瑞飞. 涡桨飞机增升装置气动噪声数值模拟研究[C]. 第十八届全国计算流体力学会议, 2019.

（2）奖励与荣誉：

[1] 航空学院一等奖学金，2018

[2] 航空学院二等奖学金，2019、2020

[3] 气动与多学科优化设计研究所 研究成果二等奖，2019、2020

参加科研情况：

[1] 民用涡桨飞机气动噪声预测与降噪设计技术研究，民机科研。

工作简介：

      本文针对涡桨飞机增升装置噪声问题，采用高精度混合RANS/LES算法和LES方法对近场声源进行精确模拟，结合基于FW-H方程的声类比方法进行远场噪声的预测，结果表明起飞状态下螺旋桨噪声占据主导地位，同时襟翼侧缘是主要的机体噪声声源。开展了涡桨飞机增升装置噪声产生机理及降噪技术研究，结果表明锯齿修形襟翼降噪方法及多孔介质降噪方法用于增升装置襟翼均可降低远场噪声。

创新点：

（1）发展了一种可应用于真实增升装置的襟翼侧/后缘锯齿修形降噪方案，进行了气动噪声预测，深入揭示了锯齿后缘降噪机理，研究成果具有重要的工程价值。

（2）发展了一种襟翼侧缘局部多孔介质降噪方法，采用IDDES方法对增升装置襟翼多孔介质的气动噪声进行了预测，并探明了其降噪机理，研究成果具有较高的应用前景。

成果（论文）：

[1] 王向涛, 宋文萍, 王跃,等. 基于LES方法的锯齿后缘降噪机理研究[C] 中国航空学会声学分会2020年度线上学术交流会会议摘要集. 2020.

参加科研情况：

[1] 民用涡桨飞机气动噪声预测与降噪设计技术研究，民机科研。

工作简介：

      本文围绕无尾鸭翼变体飞机开展气动特性及布局研究。对某无尾鸭翼布局飞机的典型巡航状态进行全机绕流数值模拟，分析该布局的气动特性，为后续开展机翼平面形状优化以及变体参数影响研究提供方向；使用课题组自主开发的SurroOpt优化设计软件，对该无尾鸭式飞机布局方案的机翼平面形状开展了考虑变体的优化设计；并分析了翼梢折叠与变后掠两种变体方案对气动特性的影响。

创新点：

（1）无尾鸭式布局方案是一种较为新颖的飞机布局形式，本文配合某型号单位的需求，对某无尾鸭式变体飞机布局方案开展了气动特性计算与分析研究和变体影响分析，探索出该布局变体飞机方案的一些重要的气动特点。

（2）针对变体飞机的特点，发展了一种面向变形机翼的亚、超声速多设计点全局高效优化设计方法，并采用该方法开展了兼顾亚、超声速气动性能、考虑变形的机翼平面优化设计，初步验证了该优化方法的有效性。

（3）研究了新型布局方案、舵面配置、变后掠、折叠翼尖等因素对飞机纵、横向稳定性的影响，为方案改进设计提供了一定的设计依据。

成果（论文）：

[1] Xu J H，Li H J，Song  W P，Han Z H. An Aerodynamic Design Method of Propeller Airfoils with Geometric Compatibility as Constraints[C]. AIAA  Aviation 2019 Forum, AIAA Paper 2019-3493,2019.

参加科研情况：

[1] 某飞行器总体布局方案概念设计，601所横向课题。

[2] 高升力螺旋桨翼型族设计方法研究高分重大专项子内容。

工作简介：

      针对飞行器优化设计中的数值噪声现象，研究了机翼气动优化设计过程中数值噪声的产生机理、数值噪声特性、不同参数对数值噪声的影响，研究了数值噪声对代理优化的影响。与此同时，发展了一套高可信度机翼气动/结构耦合数值模拟系统，实现了对大展弦比运输机机翼的静气弹数值模拟，并结合课题组SurroOpt软件进行了76维跨声速运输机机翼气动/结构耦合优化设计。

创新点：

（1）首次模拟优化设计过程搭建了数值噪声观测系统，首次研究了跨声速翼型和机翼优化设计中的数值噪声产生机理，及各参数对数值噪声的影响。初步了解了翼型/机翼优化设计中数值噪声如何产生、哪些因素对数值噪声的影响较大以及不同等级的数值噪声对优化设计的影响。此项研究在学术界未见报道。

（2）发展并建立了一套适用于当前绝大部分大展弦比机翼的高可信度机翼气动/结构耦合数值模拟系统。

（3）基于回归Kriging模型，建立了一套完善的气动/结构耦合优化设计系统。

成果：

（1）论文：

[1] Sheng-Bo Ling, Ke-Shi Zhang, Zhong-hua Han, Zhong-Jian Gao, Evaluation and Validation of Aeroelastic Analysis Program for AeroStruct Wing Optimization Platform, ICAS, 2020  (EI: To be included)

（2）软件著作权：

[1] AeroStruct跨声速运输机机翼气动/结构综合优化软件V2.0, 张科施, 凌圣博, 韩忠华  （2020SR0203502）

[2] AeroStruct跨声速运输机机翼气动/结构综合优化软件V3.0, 张科施, 凌圣博, 韩忠华  （受理中）

（3）奖励与荣誉：

[1] 西北工业大学研究生一等奖学金

[2] 气动与多学科优化设计研究所科研贡献奖

参加科研情况：

[1] 飞行器多目标耦合气动优化设计技术，国家“十三五”装备预研共用技术（国家级项目）

[2] 数值噪声对机翼气动/结构多学科优化设计的影响与滤除方法研究，航空基金项目（省部级项目）

[3] 数值噪声对机翼气动/结构优化设计的影响规律与滤除方法研究，陕西自然科学基金面上项目（省部级项目）

工作简介：

      本文针对SVR超参数优化效率问题，发展了一套高效的SVR超参数优化算法及程序；研究不同泛化误差估计方法的适用性，针对不同数据集选择不同方法提高效率。将SVR应用于含有数值噪声的气动优化设计中，结果表明，所发展的优化方法高效鲁棒，且具有良好的滤噪效果。

创新点：

（1）研究了影响超参数优化效率的主要因素，基于贝叶斯优化算法，将评估次数降低到了100以下，大大提高了优化效率。

（2）成功将SVR应用于含有数值噪声的气动优化问题，取得了良好的优化结果。

成果：

[1] 基于Libsvm库的高效SVR超参数优化算法及SVR代理模型平台。