二维翼型抗空化优化设计：拱弧修形与遗传算法应用

本文档探讨了一种创新的抗空化翼型修形设计方法，发表于2013年的《上海交通大学学报》第47卷第6期。该研究的目的是提升水翼在特定工况下的抗空化性能，空化是水下航行器常见的问题，可能导致性能下降甚至结构损坏。研究者采用二维翼型作为基础，通过集成几何参数化技术、面元法和优化算法来构建一个更为高效的抗空化设计体系。 首先，作者针对翼型的吸力面，即气动外形的关键区域，提出了一种改造策略：在该区域设置一段拱弧。这种方法旨在改变翼型的形状，以减少或延缓空泡的形成。通过三次B样条函数，研究人员对翼型进行了参数化处理，这是一种非线性插值方法，使得设计过程更加灵活和精确。 接着，他们将面元法（Panel Method）用于预测翼型在不同参数下的性能参数，这些参数被用作遗传算法的目标函数。遗传算法是一种基于生物进化理论的优化算法，它通过模拟自然选择和基因重组的过程，寻找最佳的翼型修形参数。研究者进行了单目标和多目标的优化寻优，以找到在NACA0010翼型上设立拱弧的最佳参数组合。 为了验证修形效果，研究人员使用了雷诺平均纳维艾斯托克斯（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，RANS）方法结合RNG k-ε湍流模型进行空化流场的瞬态模拟。这种数值模拟技术能够细致地描绘出翼型在不同工况下的流体力学行为，包括气体体积分数云图的对比分析。结果显示，经过修形后的翼型相比原型，确实对空化的发生和发展起到了抑制作用，达到了预期的设计目标。 这项研究不仅提供了一种有效的抗空化翼型设计策略，还展示了如何将多种先进的计算工具和技术相结合，以解决实际工程中的复杂问题。这对于提高水下航行器的可靠性和效率具有重要意义。