基于伴随算法的客车造型风阻优化研究

高淑辉， 王宏朝， 何青治， 刘积成， 郭耀华

(1.山东滨州交运集团有限公司， 山东 滨州 256600； 2.宇通客车股份有限公司， 郑州 450006)

国内外车企已利用先进的CFD仿真手段指导汽车造型设计，从而实现整车风阻性能的大幅提升[1-3]。但是过去几十年里，在汽车造型风阻优化中所应用的各种传统算法，如响应面法、试验设计法等[4-5]，需要耗费大量的计算资源来获取不同设计参数的敏感度。此外，一般的CFD分析结果，如速度场和压力场信息，无法直观地给出造型变化与车辆风阻性能变化的量化关系[6]。

为解决上述问题，一些主流商用CFD软件开发了基于伴随算法的伴随优化模块[7]。利用该模块，设计人员能够快速识别出对目标性能影响显著的关键设计参数，从而大幅提升优化设计效率。本文以某中型客车为例，探索利用伴随优化算法开展客车车体造型风阻优化的流程和方法。

1 伴随优化算法流程

伴随优化算法一般有连续型和离散型两种。其中连续型是指通过对控制方程进行差分获得伴随方程，然后求解；离散型是指先对控制方程进行离散，然后进行差分获得伴随方程并求解。本文使用商用CFD软件STAR-CCM+，其采用的是离散型伴随优化算法。流程如图1所示。

图1 伴随优化流程

开展伴随优化需要获取基于N-S方程的流体控制方程和对伴随方程进行协同求解。首先，在完成初步的几何清理后进行面网格和体网格划分，之后进行初始流场求解，在获得收敛解后将其导入伴随求解器进行微分获得伴随方程[8-9]，如式(1)，并进行求解，最终获得针对优化目标(如风阻)的敏感度信息。……