Методика расчета аэродинамических характеристик и оптимизация профилей для воздушных винтов с использованием численных методов, основанных на решении уравнений Рейнольдса

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Лысенков А. В.*, Ореховский В. В.**, Кажан Е. В.***, Бугаев М. А.****

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

*e-mail: aleksandr.lysenkov@tsagi.ru
**e-mail: vasamat@yandex.ru
***e-mail: erop.kazhan@tsagi.ru
****e-mail: a.chevagin@tsagi.ru

Аннотация

Основная задача работы – разработка методики оптимизации профилей для повышения аэродинамических характеристик (АДХ) по сравнению с профилями ЦАГИ серии П10х, спроектированными для воздушных винтов (ВВ). С использованием методики будет создана база АДХ аэродинамических профилей, которая в дальнейшем может быть использована для проектирования лопастей ВВ. В статье представлена методика расчета АДХ профилей. Проведен обзор работ по оптимизации формы профилей. Описано построение оптимизационных циклов, параметризация геометрии винтовых профилей. Используется автоматическое построение структурированных расчетных сеток. В качестве оптимизационного алгоритма выбран генетический с последующим уточнением решения с использованием градиентного.

Ключевые слова:

аэродинамический профиль, методика расчета, оптимизация профилей для воздушных винтов, генетический алгоритм

Библиографический список

  1. Кажан Е.В., Коротков Ю.В., Лысенков А.В., Ореховский В.В., Архипов А.В. Аэродинамические характеристики пакета воздухозаборников на верхней поверхности хвостовой части фюзеляжа дозвукового самолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 4. С. 34–45. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=177605

  2. Новгородцев Е.В., Карпов Е.В., Колток Н.Г. Повышение характеристик пространственных нерегулируемых воздухозаборников внешнего сжатия на основе использования систем управления пограничным слоем // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 7–27. DOI: 10.34759/vst-2021-4-7-27

  3. Николаева К.С., Серебрийский Я.М., Фомина В.И. Аэродинамические характеристики винтовых профилей серий ЦАГИ П-105, П-106, П-107, П-108 // Труды ЦАГИ. 1968. Вып. 1092. С. 84.

  4. Прохоров Ю.В. (гл. ред.) Целевая функция, математическое программирование // Математический энциклопедический словарь. – М.: Сов. энциклопедия, 1988. С. 249.

  5. Steuer R.E. Multiple Criteria Optimization: Theory, Computations, and Application. – New York: ‎Krieger Pub Co, 1989. – 546 p.

  6. Мошков П.А., Самохин В.Ф. Методы снижения шума и заметности беспилотных летательных аппаратов с винтомоторной силовой установкой // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 38–48.

  7. Болсуновский А.Л., Бузоверя Н.П. Проектирование профилей с заданными свойствами при помощи численной оптимизации // Труды ЦАГИ. Выпуск 2760 «Опыт применения численных методов в задачах аэродинамического проектирования и оптимизации». Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2017. С. 124–135.

  8. Пархаев Е.С., Семенчиков Н.В. Некоторые вопросы оптимизации профиля крыла малоразмерного беспилотного летательного аппарата // Труды МАИ. 2015. № 80. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=56884

  9. López D., Angulo C., Fernández de Bustos I., García V. Framework for the Shape Optimization of Aerodynamic Profiles Using Genetic Algorithms // Mathematical Problems in Engineering. 2013. Vol. 8. DOI:10.1155/2013/275091

  10. Панченко Т.В. Генетические алгоритмы: Учебно-методическое пособие // под ред. Ю.Ю. Тарасевича. – Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2007 – 87 с.

  11. Deb K., Pratap A., Agarwal S., Meyarivan T. A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II // IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 2002. Vol. 6. No. 2, pp. 182–197. DOI: 10.1109/4235.996017

  12. Вирсански Э. Генетические алгоритмы на Python / Пер. с англ. А.А. Слинкина. – М.: ДМК Пресс, 2020. – 286 с.

  13. Глебов Н.И., Кочетов Ю.А., Плясунов А.В. Методы оптимизации: Учеб. пособие. – Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2000. – 105 с.

  14. Adams B.M., Ebeida M.S., Eldred M.S. et al. Dakota, A Multilevel Parallel Object-Oriented Framework for Design Optimization, Parameter Estimation, Uncertainty Quantification, and Sensitivity Analysis: Version 6.7 User’s Manual. Sandia Technical Report. 2017. No. SAND2014-4633.

  15. Босняков С.М. Концепция программного продукта EWT-ЦАГИ и основные этапы ее развития // Труды ЦАГИ. Выпуск 2671 «Практические аспекты решения задач внешней аэродинамики двигателей летальных аппаратов в рамках осредненных по времени уравнений Навье – Стокса». – Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2007. С. 3–19.

  16. Власенко В.В. О математическом подходе и принципах построения численных методологий для пакета прикладных программ EWT-ЦАГИ // Труды ЦАГИ. Выпуск 2671 «Практические аспекты решения задач внешней аэродинамики двигателей летальных аппаратов в рамках осредненных по времени уравнений Навье – Стокса». – Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2007. C. 20–85.

  17. Босняков С.М., Власенко В.В., Енгулатова М.Ф. и др. Промышленные солверы пакета EWT-ЦАГИ и их верификация на серии стандартных тестов // Труды ЦАГИ. Выпуск 2735 «Практические аспекты решения задач внешней и внутренней аэродинамики с применением технологии ZEUS в рамках пакета EWT-ЦАГИ». –Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2015. C. 50–89.

  18. Власенко В.В., Кажан Е.В., Матяш Е.С. и др. Численная реализация неявной схемы и различных моделей турбулентности в расчетном модуле ZEUS // Труды ЦАГИ. Выпуск 2735 «Практические аспекты решения задач внешней и внутренней аэродинамики с применением технологии ZEUS в рамках пакета EWT-ЦАГИ». – Жуковский: Издательский отдел ЦАГИ, 2015. С. 5–49.

  19. Остроухов С.П. Аэродинамика воздушных винтов и винтокольцевых движителей. – М.: Физматлит, 2014. – 328 с.

  20. Лысенков А.В. Программа создания структурной многоблочной сетки 3-х мерного объекта с использованием исходных данных различных типов (Grid_Creator). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU2007614396. Бюл. № 10, 17.10.2007.

  21. Richardson L.F. The approximate arithmetical solution by finite differences of physical problems including differential equations, with an application to the stresses in a masonry dam // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 1911. Vol. 210. Nos 459–470, pp. 307–357. DOI: 10.1098/rsta.1911.0009

  22. Kenji Yoshida, Masayoshi Noguchi. Adverse reynolds number effect on maximum lift of two dimensional airfoils // 22nd International Congress of Aeronautical Sciences (28 August – 1st September 2000; Harrogate, United Kingdom). Paper ICAS 2000-295.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024