翼型优化方法的简析

1.什么是翼型的优化？

翼型的选型和设计是飞行器气动设计中的一项基础性工作，翼型对飞行器的气动性能具有根本性的影响。现在的高性能飞行器已不再从翼型库中选择适用翼型后直接使用，而是以现有翼型作为基准翼型进行气动优化，获得能满足飞行器性能要求的专用翼型。基于数值计算的气动正优化是当前气动外形优化设计领域的主要方法。

2.案例简介

本文以S5010翼型的优化过程为算例，介绍整个翼型优化设计的流程，整个设计流程穿插全文。对于采用无尾翼身融合布局的飞行器来说，在进行翼型设计时必须考虑力矩的影响，所选的翼型在满足升阻比要求的情况下，零升力矩值应尽量逼近巡航时升力引起的力矩，一般考虑选取反弯翼型，即俗称“S”型的翼型。如图1所示，S5010-2翼型的俯仰力矩系数随迎角变化较小，一般在机身的翼根处和进气道端面布置该翼型。为了获得更好的气动特性，下文基于iSIGHT软件，对该翼型的外形进行气动特性优化设计。  

3.优化分类  

翼型优化的种类因分类标准不同有多种划分方式，雷诺数不同可以分为低雷诺数优化和高雷诺数优化。依优化的方式不同分为多点优化，单点优化和稳健性优化。

4.雷诺数不同

传统的翼型气动外形优化研究主要针对雷诺数为 量级的大型亚跨声速飞行器翼型，对此有着较为深厚的技术积累。然而，近十年来，雷诺数在 量级之间的低雷诺数翼型随着微小型无人机的快速发展和高空低速太阳能飞行器的研制而产生了广泛的应用需求，有必要对低雷诺数翼型进行专门研究。

低雷诺数翼型与传统的高雷诺数翼型存在差异。低雷诺数翼型厚度小且变化缓慢，GOE系列、Sd和Eppler系列翼型多可作为低雷诺数翼型使用。随着雷诺数的降低，翼型的效率会降低，且更容易发生分离。在翼型的流动特性上最关心的有两点：1)翼型前缘或后缘的分离；2)翼型前缘或后缘从层流到湍流的转捩。

5.翼型优化流程