高超聲速飛行器是衡量一個國家科技發(fā)展水平高低的標(biāo)志之一。因為高超聲速飛行器具有速度快、反應(yīng)時間短、突防能力強(qiáng)等特點,有著巨大的軍事價值和潛在的經(jīng)濟(jì)價值。飛行器的氣動性能是評價其優(yōu)劣最為基礎(chǔ)的指標(biāo)之一,在進(jìn)行復(fù)雜的氣動外形設(shè)計時,如何實現(xiàn)在保證精度的前提下,提高優(yōu)化效率減少整個設(shè)計過程花費(fèi)的時間一直是一個難題。因此本文將針對飛行器氣動布局優(yōu)化設(shè)計中的問題,開展基于氣動代理模型的氣動布局優(yōu)化設(shè)計方法研究,發(fā)展具有工程應(yīng)用價值的計算方法。本文首先介紹了流場的數(shù)值計算方法,其中包括流動控制方程及其空間離散、時間離散、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)計點。最后對飛行器外形進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計,對上述算法進(jìn)行考核驗證,計算結(jié)果表明該方法能夠高效、精確的對高超聲速飛行器氣動外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,具有廣泛的工程實用價值。 

【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)位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國高超聲速飛行器發(fā)展進(jìn)程

并且研制出一種能以馬赫數(shù) 10 的速度進(jìn)行飛行實驗的飛行器，該項目最終發(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，2001 年的首次飛行試驗，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，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)動機(jī)工作了 10s，在空中自由滑行約 6 分鐘后按預(yù)定計劃墜毀，在這次飛行試驗中 X-43A 飛行的最大馬赫數(shù)達(dá)了 7.0。在同一年，又對X-43A 進(jìn)行了第三次飛行試驗，這次試驗飛行的速度跟第二次的飛行試驗相比更高，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，美國空軍研究實驗室和國防高級研究計劃局又開始實施 X-51A 計劃，目標(biāo)是要發(fā)展一種可以在一小時內(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。美國空軍和 DARPA 于 2003 年聯(lián)合啟動了 Falcon 計劃，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 計劃發(fā)展的概覽[3]。自從上世紀(jì)六十年代開始美國一直積極的聯(lián)合各個部門的力量對高超聲速飛行器進(jìn)行研發(fā)，取得了一系列豐碩的成果，這對世界上其他的軍事大國造成了一定的壓力。

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

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高超聲速飛行器地面試驗方法[J]. 田建明,景建斌,韓廣岐.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報. 2013(06)
[2]臨近空間高超聲速滑翔機(jī)動GNC技術(shù)[J]. 翟華,何烈堂,周伯昭.  計算技術(shù)與自動化. 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：3353956