高超聲速飛行器是衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平高低的標(biāo)志之一。因?yàn)楦叱曀亠w行器具有速度快、反應(yīng)時(shí)間短、突防能力強(qiáng)等特點(diǎn),有著巨大的軍事價(jià)值和潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。飛行器的氣動(dòng)性能是評(píng)價(jià)其優(yōu)劣最為基礎(chǔ)的指標(biāo)之一,在進(jìn)行復(fù)雜的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)時(shí),如何實(shí)現(xiàn)在保證精度的前提下,提高優(yōu)化效率減少整個(gè)設(shè)計(jì)過程花費(fèi)的時(shí)間一直是一個(gè)難題。因此本文將針對(duì)飛行器氣動(dòng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)中的問題,開展基于氣動(dòng)代理模型的氣動(dòng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究,發(fā)展具有工程應(yīng)用價(jià)值的計(jì)算方法。本文首先介紹了流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法,其中包括流動(dòng)控制方程及其空間離散、時(shí)間離散、邊界條件、和湍流模型;然后介紹了Kriging代理模型的基本內(nèi)容,利用樣本點(diǎn)建立起代理模型的一般流程;之后介紹了基于代理模型用DIRECT優(yōu)化方法尋優(yōu)的過程,按照一定的規(guī)則對(duì)樣本空間不斷地進(jìn)行分割,直至尋找到符合要求的設(shè)計(jì)點(diǎn)。最后對(duì)飛行器外形進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),對(duì)上述算法進(jìn)行考核驗(yàn)證,計(jì)算結(jié)果表明該方法能夠高效、精確的對(duì)高超聲速飛行器氣動(dòng)外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),具有廣泛的工程實(shí)用價(jià)值。 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

美國(guó)高超聲速飛行器發(fā)展進(jìn)程

并且研制出一種能以馬赫數(shù) 10 的速度進(jìn)行飛行實(shí)驗(yàn)的飛行器，該項(xiàng)目最終發(fā)展出了以X-43A 為代表的一系列飛行器，X-43A 一共進(jìn)行了三次飛行試驗(yàn)，2001 年的首次飛行試驗(yàn)，由于助推火箭控制系統(tǒng)故障未能進(jìn)入預(yù)定軌道而試飛失敗。2004 年的第二次試飛試驗(yàn)，X-43A 與助推火箭加速器分離后依靠自身的超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作了 10s，在空中自由滑行約 6 分鐘后按預(yù)定計(jì)劃墜毀，在這次飛行試驗(yàn)中 X-43A 飛行的最大馬赫數(shù)達(dá)了 7.0。在同一年，又對(duì)X-43A 進(jìn)行了第三次飛行試驗(yàn)，這次試驗(yàn)飛行的速度跟第二次的飛行試驗(yàn)相比更高，最高馬赫數(shù)達(dá)到了 9.8，持續(xù)了約 10 s，這次飛行試驗(yàn)將高超聲速飛行器技術(shù)又推向了新的高度。在Hyper-X 技術(shù)之后，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局又開始實(shí)施 X-51A 計(jì)劃，目標(biāo)是要發(fā)展一種可以在一小時(shí)內(nèi)攻擊地球任意位置目標(biāo)的新武器，與 X-43A 相比較 X-51A 的性能又有了很大的提高。美國(guó)空軍和 DARPA 于 2003 年聯(lián)合啟動(dòng)了 Falcon 計(jì)劃，旨在發(fā)展高超聲速技術(shù)以研制出能夠執(zhí)行全球快速到達(dá)任務(wù)的飛行器，實(shí)現(xiàn)這一任務(wù)的飛行器包括可重復(fù)使用的高超聲速巡航飛行器(Hypersonic Cruise Vehicle)，計(jì)劃發(fā)展一系列的高超聲速技術(shù)飛行器(Hypersonic Technology Vehicle)來逐步演示這些必須的技術(shù)，圖 1.2 為 Falcon 計(jì)劃發(fā)展的概覽[3]。自從上世紀(jì)六十年代開始美國(guó)一直積極的聯(lián)合各個(gè)部門的力量對(duì)高超聲速飛行器進(jìn)行研發(fā)，取得了一系列豐碩的成果，這對(duì)世界上其他的軍事大國(guó)造成了一定的壓力。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文縮短優(yōu)化設(shè)計(jì)的周期。個(gè)步驟：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、樣本點(diǎn)的響應(yīng)值如圖 1.3 所示，具體步驟如下：圍，選取一種方法在設(shè)計(jì)空間內(nèi)生成若Design of Experiments)，它是一種抽取驗(yàn)設(shè)計(jì)、中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)、均勻試入數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，形成輸入到對(duì)輸入與輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，利用近似這個(gè)模型就是代理模型。度是否合格確定代理模型是否可用。在雜費(fèi)時(shí)的計(jì)算仿真對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求提高優(yōu)化效率的目的。當(dāng)代理模型精對(duì)代理模型的理論方法作進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)變量

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高超聲速飛行器地面試驗(yàn)方法[J]. 田建明,景建斌,韓廣岐.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào). 2013(06)
[2]臨近空間高超聲速滑翔機(jī)動(dòng)GNC技術(shù)[J]. 翟華,何烈堂,周伯昭.  計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化. 2007(04)

博士論文
[1]基于元模型的全局優(yōu)化算法研究[D]. 魏昕.華中科技大學(xué) 2012
[2]基于CFD/CSD耦合的旋翼氣動(dòng)彈性數(shù)值模擬[D]. 陳龍.南京航空航天大學(xué) 2011
[3]基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格方法的重疊網(wǎng)格算法研究[D]. 田書玲.南京航空航天大學(xué) 2008

碩士論文
[1]基于Kriging代理模型的氣動(dòng)外形優(yōu)化方法研究[D]. 徐圣冠.南京航空航天大學(xué) 2012
[2]人工魚群混合智能優(yōu)化算法及其應(yīng)用研究[D]. 張漢強(qiáng).浙江大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3353956