● 摘要
翼身融合飞机是未来航空领域发展的一个新方向，国内外诸多研究机构已经开展了对翼身融合飞机的研究，而其全自动的外形优化算法已成为新的研究热点。在国内外现有成果的基础之上，分析、比较了常用建模、求解平台的使用方式及特点，设计编写了翼身融合飞机外形优化的几何建模、网格划分、流场求解、外形优化模块，比较了不同算法间的优劣，实现了翼身融合飞机在概念设计中的外形优化。
几何建模及网格生成模块实现了基于超限插值的网格生成算法、基于样条曲线的建模方法；流场求解模块包括有限差分求解器、有限元求解器和面元法求解器，其中，有限差分求解器主要包括基于有限差分法的势流数学建模、基于笛卡尔网格的变步长差分格式推导、笛卡尔网格的生成索引算法、基于笛卡尔网格的诺依曼边界条件表达形式推导，实现了基于有限差分求解器的二维翼型气动参数计算算例；有限元求解器主要包括基于变分原理的势流有限元理论建模、二维有限元库塔条件表达式推导、基于最小二乘的速度求解算法设计、基于Gmsh 的二维带尾迹翼型空间网格生成器开发，实现了基于有限元求解器的二维翼型气动参数计算算例；面元法求解器主要包括基于面元法的势流理论建模、自动尾迹生成算法设计、基于面元法的三维翼身融合体流场求解器开发、基于布拉修斯平板解的阻力估算算法设计、求解器在Fortran 语言上的移植、Python 和Fortran 代码的混编、基于OpenMP 和CUDA 的并行加速算法设计与开发，实现了基于面元法求解器的三维翼身融合体气动参数计算算例。外形优化模块实现了基于自由形状变形的网格变形算法、遗传算法、差分进化算法、飞机表面积计算算法、基于矩积分的飞机体积计算算法。开发了基于VTK 的数据可视化格式工具。
通过对算法的分析比较，实现了基于样条曲线建模、面元法气动求解、差分进化算法优化的翼身融合体外形优化平台；完成了三个优化算例，在设计升力系数固定、体积不减小、表面积不增大的情况下将阻力降低12.45%；指出了该平台有待完善的模块与日后的发展方向。