本文關(guān)鍵詞：吸氣式高超聲速飛行器飛推一體化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：高超聲速飛行器以其飛行速度高、機(jī)動(dòng)性好和遠(yuǎn)程打擊能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),已成為當(dāng)前世界各航空航天大國(guó)戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)所在。其機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)高度一體化的構(gòu)型,導(dǎo)致飛行器的氣動(dòng)、推進(jìn)學(xué)科對(duì)飛行器的總體性能有著至關(guān)重要的影響,只有充分考慮飛行器機(jī)身與發(fā)動(dòng)機(jī)之間強(qiáng)耦合效應(yīng),通過涵蓋全系統(tǒng)的飛推一體化設(shè)計(jì),才能獲得整體性能的最優(yōu)。本文以高超聲速飛行器為研究對(duì)象,采用理論分析和數(shù)值模擬的手段,結(jié)合全系統(tǒng)的飛推一體化設(shè)計(jì)方法,引入多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(MDO)方法,對(duì)其飛推一體化設(shè)計(jì)和多學(xué)科優(yōu)化方法進(jìn)行了全面深入的研究,主要包括以下幾個(gè)方面:首先,在充分考慮高超聲速飛行器機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)之間強(qiáng)烈耦合效應(yīng)的基礎(chǔ)上,研究并發(fā)展了高超聲速飛行器飛推一體化設(shè)計(jì)及其參數(shù)化建模的方法,并結(jié)合本文涉及的各目標(biāo)學(xué)科特點(diǎn),選取了合理的飛行器外形參數(shù)作為優(yōu)化問題的設(shè)計(jì)變量。其次,針對(duì)本文所涉及的高超聲速飛行器各個(gè)目標(biāo)學(xué)科,對(duì)其性能分析模型的建立過程進(jìn)行了細(xì)致的論述,并選取了相應(yīng)的性能參數(shù)作為衡量該目標(biāo)學(xué)科性能優(yōu)劣的指標(biāo),將其作為優(yōu)化問題的設(shè)計(jì)目標(biāo)。然后,基于發(fā)展的飛推一體化設(shè)計(jì)方法和各目標(biāo)學(xué)科性能分析模型,構(gòu)建起高超聲速飛行器巡航狀態(tài)下的單目標(biāo)和多目標(biāo)優(yōu)化模型,優(yōu)化所得方案的性能均優(yōu)于基準(zhǔn)方案。在飛行器前體/進(jìn)氣道優(yōu)化設(shè)計(jì)中引入了分層優(yōu)化,驗(yàn)證了分層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在工程應(yīng)用中的巨大優(yōu)勢(shì)。最后,選取了優(yōu)化得到的飛行器構(gòu)型進(jìn)行了三維空間下的數(shù)值模擬,并對(duì)其流場(chǎng)做了詳細(xì)的分析,得到了飛行器各目標(biāo)學(xué)科性能的變化情況。通過對(duì)多個(gè)算例在三維構(gòu)型下的各目標(biāo)學(xué)科性能趨勢(shì)與其在二維構(gòu)型下的目標(biāo)學(xué)科性能趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析,說明了二維優(yōu)化所得結(jié)果對(duì)三維高超聲速飛行器設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用。
【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】：2016
【分類號(hào)】：V221

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本文編號(hào)：1266517