【摘要】：乘波體由于其高升阻比特點(diǎn),在高超聲速飛行器氣動(dòng)布局中占據(jù)重要地位。相較于錐導(dǎo)方法,密切錐生成方法更具普適性和靈活性,更適合高超外形的一體化設(shè)計(jì)。本文針對(duì)密切錐乘波體的特點(diǎn),結(jié)合優(yōu)化算法,發(fā)展得到了一套魯棒性好、高效的密切錐乘波構(gòu)型氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。首先,基于密切錐方法生成任意一個(gè)滿足預(yù)設(shè)要求(如體積大小等)的密切錐乘波體作為初始外形。接著,基于密切錐原理展開優(yōu)化設(shè)計(jì),即將密切錐生成方法所涉及的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量,以升阻比為目標(biāo)函數(shù),容積、容積率為約束,對(duì)升阻比構(gòu)造動(dòng)態(tài)Kriging代理模型,利用優(yōu)化算法搜尋代理模型的全局最優(yōu)外形。然后,將得到的初步最優(yōu)外形進(jìn)行鈍化處理,為了優(yōu)化鈍化表面以及進(jìn)一步對(duì)外形進(jìn)行優(yōu)化,采用FFD參數(shù)化方法和彈簧近似法動(dòng)網(wǎng)格方法,將設(shè)計(jì)變量取在FFD控制塊表面的控制點(diǎn)上。最后,以升阻比為目標(biāo)函數(shù),容積、容積率為約束,構(gòu)造動(dòng)態(tài)Kriging代理模型,尋優(yōu)得到最終的密切錐乘波體優(yōu)化外形,其中氣動(dòng)特性利用CFD方法計(jì)算。與鈍化后的初始優(yōu)化外形相比,升阻比提高了9.3%左右,而其容積和容積率不變。本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案思路清晰簡單,從原理出發(fā),一步一步優(yōu)化,是一條行得通的優(yōu)化路徑,最終可以順利得到滿足設(shè)定要求的最佳密切錐乘波構(gòu)型。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V221.3;V42
【圖文】：

2 22 1( sin )1 2cpMp 波角。基平面 b 的流動(dòng)由兩個(gè)Prandtl-Meyer 膨脹波包圍。基平數(shù)和物體形狀。對(duì)于乘波體，bp 值的選取并不重要，根據(jù)Ru顯然這個(gè)假設(shè)簡化了本次分析）。的理論，推導(dǎo)了單位長度楔形的升阻力公式：cosc cL p l p l sinc c bD p l p l 角，c bl 、l 可通過三角函數(shù)關(guān)系求得。到升阻力系數(shù)如下：22( 1)cLPC M P tanD LC C

圖 2.2 楔形乘波體示意圖[24]導(dǎo)方法的優(yōu)點(diǎn)是初始流場(chǎng)簡單，可產(chǎn)生均勻氣流，相同寬度下進(jìn)氣捕獲面積大于到的乘波體，但其容積率、升阻比等比“錐導(dǎo)”乘波體差。 “錐導(dǎo)”乘波構(gòu)型超聲速的細(xì)長錐的流場(chǎng)已經(jīng)可以比較精確的給出，這使得錐導(dǎo)乘波體的初步設(shè)計(jì)實(shí)情況下，圓錐流場(chǎng)在激波附近的流線不是嚴(yán)格平行于物面的，而是漸變轉(zhuǎn)折，計(jì)工作，認(rèn)為激波后流線平行于物面。實(shí)際上經(jīng)過精確的數(shù)值計(jì)算可以知道這種離圓錐頂部一定距離后的空間區(qū)域是比較準(zhǔn)確的，而且相較于高精度數(shù)值計(jì)算而設(shè)計(jì)效率，故這種假設(shè)適用于乘波體設(shè)計(jì)工作。形流場(chǎng)具有軸對(duì)稱的性質(zhì)和圓錐特性，故流場(chǎng)的氣動(dòng)特性不依賴于方位角 和半流場(chǎng)的控制方程得到了較大簡化，成為只依賴于天頂角 的常微分方r-Maccoll流動(dòng)控制方程應(yīng)用四階龍格庫塔法來求解無粘錐形流場(chǎng)。制方程：

圖 2.3 軸對(duì)稱圓錐繞流[25]體步驟如下：流的各參數(shù)計(jì)算緊靠激波后的流動(dòng)參數(shù)，并將得到的參數(shù)作用到理想氣體的斜激波關(guān)系： 2 221112 22 12 22 21 1 12 1sin1 2tan 2 1 1tan 1 sin 2sin 2 1sin 1 sin 1pMpMV MV M M 激波前的各物理量，下標(biāo) 2 表示緊靠激波后的各物理量。其角。在錐形流場(chǎng)中，激波角 與來流馬赫數(shù)的關(guān)系：11

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本文編號(hào)：2776489