题目：纵列式直升机总体优化设计方法研究

具备载重量大、空间尺寸小等多项优点的纵列式直升机是一种较为理想的重型运输直升机形式，可以应用于复杂地形下人员和装备的运输，其发展和应用将对我国民用和军用运输领域带来积极的作用和影响。为了探索纵列式直升机的优化设计方法、提高总体设计尤其是概念方案设计阶段的效率，从纵列式直升机快速建模、气动特性分析以及优化设计等方面，研究了基于纵列式直升机特点的参数化建模、气动分析与优化设计方法。通过实例概念方案优化设计中的快速参数化三维建模、气动分析方法与多目标优化方法的应用，验证了本文提出方法的有效性与可行性。

为提高纵列式直升机概念方案设计效率，提出了纵列式直升机三维数字模型快速参数化构建方法，并建立了纵列式直升机的飞行性能估算模型和重量估算模型。根据纵列式双旋翼布局直升机总体设计参数的特点，引入纵列式修正系数建立了气动和重量性能分析模型。为了更直观的评价概念设计方案，同时也为性能分析模型提供几何外形特性参数，提出了面向纵列式直升机总体设计参数的三维几何外形快速参数化建模方法，并建立了基于移动部件与后旋翼关联关系的参数化动态模型调整方法，使参数化优化中部件可以随设计参数改变而动态调整外形和位置。对纵列式直升机建模实例表明，通过设置纵列式总体参数可以快速生成直升机三维模型，且随后旋翼位置参数的改变，机身长度与后机身、后旋翼柱等部件位置能够及时随动调整，验证了方法的有效性。

提出了基于滑移网格技术的纵列式直升机气动特性分析方法，开展了纵列式直升机悬停和前飞状态下流场的数值模拟分析。为研究前后旋翼间的气动干扰及具体桨叶的气动特性，引入滑移网格技术建立了纵列式直升机气动特性分析方法。通过建立前、后旋翼桨叶滑移网格子域的方式，模拟了旋翼旋转运动以及双旋翼之间气动干扰对流场的影响，通过与参考文献中实验结果和理论计算结果的对比，验证了基于滑移网格技术的流场模拟分析方法应用于纵列式直升机旋翼流场分析计算的正确性和有效性。结果表明，气流在前后旋翼重叠区域的叠加效果非常明显，随飞行速度和前后旋翼轴间距的增大，前旋翼的诱导速度受到后旋翼影响程度减小。

为提高纵列式直升机气动估算模型的精度，提出了基于高精度结果校核的工程估算公式与代理模型相结合的改进气动性能分析方法。采用基于 CFD 的高精度气动分析模型和工程经验公式方法分别对给定设计方案进行气动特性分析，利用高精度计算结果对引入纵列式修正系数的工程经验公式模型进行校核与修正，同时针对主要由机身产生的废阻功率建立代理模型并替换工程经验公式模型中的废阻估算部分，从而在局部和整体上有针对性的对工程经验公式方法进行了改进。在此基础上，探索了纵列式直升机整机气动分析代理模型构建方法。

针对纵列式直升机概念设计的多目标优化搜索效率问题，提出了基于动态指标改进的多目标优化方法，在参数化方案建模的基础上建立了纵列式直升机多目标优化系统，实现了纵列式直升机参数化设计、建模与优化的一体化。通过采用动态指标对多目标遗传算法的适应度函数加以改进，避免了畸形解对优化进程的干扰，提高了优化搜索效率。对纵列式直升机设计实例的优化结果表明，基于参数化快速模型调整的多目标优化系统，可以实现纵列式直升机的快速建模分析与优化，且与经典多目标遗传算法相比，提出的动态指标改进的优化方法具有更高的效率。