高超声速飞行器气动热数值预示与在线辨识方法

发布时间：2020-04-18 23:48

【摘要】：高超声速飞行器研制中,对气动加热的研究是十分关键的。本文针对高超声速气动热环境,着重研究了气动热的数值预示方法和飞行试验中的在线辨识方法。本文首先对气动热的数值预示手段展开研究,详细介绍了气动热数值计算的流程与方法。应用数值仿真手段对典型外形的表面气动热进行计算,并与实验数据进行对比验证。然后研究了表面热流辨识技术,针对简单一维热传导,建立相应的辨识模型和算法,设计典型的热流加载形式进行仿真,并在考虑测量误差条件下对算法的抗噪性进行验证。针对三维热流辨识,在一维辨识基础上引入人工神经网络修正方案,设计算例验证了三维效应修正方法的有效性。考虑实际高超声速飞行中的复杂热流环境,开展流固耦合气动热环境辨识。分别针对钝头体和平板凸起物两个典型外形,通过流固耦合传热的非定常计算,得到结构表面的气动热变化和内壁温度变化,将热流辨识的方法应用于结构严重受热区域的气动热辨识。本文的仿真算例验证结果表明所建立的高超声速气动热数值预示方法和在线辨识模型算法是准确有效的,对于工程应用有一定的指导意义。
【图文】：

图１．３邋Ｒｅｅｎｔｒｙ－Ｆ飞行器及温度测点布置逡逑］考虑材料热物性参数随时间变化的特性，对相应的非线性热传导逆和共轭梯度法。正对两种辨识方法进行了算例验证，结果表明两种出较好的结果，并且算法有较好的抗噪性。逡逑１应用Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正则化方法求解了非线性热传导反问题，Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正有源项的一维热传导多宗量参数的辨识，包括导热系数和边界条测量噪声条件下，设计算例进行仿真，并且也研究了不同正则化项结果表明所建立的辨识方法具有较高的精度和抗噪性能，并且当Ｂｒ为正则化项时，计算效率也有很大的提高。逡逑］针对同轴热电偶测热特点，在轴对称传热模型基础上应用共轭梯度一套准确的，鲁棒的测量数据处理方法。设计四种典型的热流加载算法的精度和稳定性。进一步地，进行了验证试验，分析了安装同文中的结果皆表明利用辨识手段处理实验数据能很好地提高试验精

控制方程的离散方法主要是有限差分法（ＦｉｎｉｔｎｉｅｌＶＩｅｔｌｉｏｄ）。有限差分方法通过差分方程来近似网格节点上定义物理量。有限体积法基于积分的守恒来描述计算网格定义的每个控制体。有方法，因为其相较有限差分法而言，，推导过程加明确，在几何守恒方面有更精确的保证，并有限体积法将物理参数定义在计算网格的中心三个守恒量（质量，动量，能量）的变化等于的控制体＾１，将控制方程进行体积分，可以＋邋士［１１／邋—－士逦—＝邋0称作时间导数项，无粘项，有粘项。逡逑１邋Ａ４ｌ逦ｉ．ｌｊ：１邋上邋ｄ逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V211

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