基于Kriging代理模型的密切锥乘波体气动外形优化设计

发布时间：2020-07-31 12:47

【摘要】：乘波体由于其高升阻比特点,在高超声速飞行器气动布局中占据重要地位。相较于锥导方法,密切锥生成方法更具普适性和灵活性,更适合高超外形的一体化设计。本文针对密切锥乘波体的特点,结合优化算法,发展得到了一套鲁棒性好、高效的密切锥乘波构型气动外形优化设计方案。首先,基于密切锥方法生成任意一个满足预设要求(如体积大小等)的密切锥乘波体作为初始外形。接着,基于密切锥原理展开优化设计,即将密切锥生成方法所涉及的参数作为设计变量,以升阻比为目标函数,容积、容积率为约束,对升阻比构造动态Kriging代理模型,利用优化算法搜寻代理模型的全局最优外形。然后,将得到的初步最优外形进行钝化处理,为了优化钝化表面以及进一步对外形进行优化,采用FFD参数化方法和弹簧近似法动网格方法,将设计变量取在FFD控制块表面的控制点上。最后,以升阻比为目标函数,容积、容积率为约束,构造动态Kriging代理模型,寻优得到最终的密切锥乘波体优化外形,其中气动特性利用CFD方法计算。与钝化后的初始优化外形相比,升阻比提高了9.3%左右,而其容积和容积率不变。本文的优化设计方案思路清晰简单,从原理出发,一步一步优化,是一条行得通的优化路径,最终可以顺利得到满足设定要求的最佳密切锥乘波构型。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V221.3;V42
【图文】：

2 22 1( sin )1 2cpMp 波角。基平面 b 的流动由两个Prandtl-Meyer 膨胀波包围。基平数和物体形状。对于乘波体，bp 值的选取并不重要，根据Ru显然这个假设简化了本次分析）。的理论，推导了单位长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 可通过三角函数关系求得。到升阻力系数如下：22( 1)cLPC M P tanD LC C

图 2.2 楔形乘波体示意图[24]导方法的优点是初始流场简单，可产生均匀气流，相同宽度下进气捕获面积大于到的乘波体，但其容积率、升阻比等比“锥导”乘波体差。 “锥导”乘波构型超声速的细长锥的流场已经可以比较精确的给出，这使得锥导乘波体的初步设计实情况下，圆锥流场在激波附近的流线不是严格平行于物面的，而是渐变转折，计工作，认为激波后流线平行于物面。实际上经过精确的数值计算可以知道这种离圆锥顶部一定距离后的空间区域是比较准确的，而且相较于高精度数值计算而设计效率，故这种假设适用于乘波体设计工作。形流场具有轴对称的性质和圆锥特性，故流场的气动特性不依赖于方位角 和半流场的控制方程得到了较大简化，成为只依赖于天顶角 的常微分方r-Maccoll流动控制方程应用四阶龙格库塔法来求解无粘锥形流场。制方程：

图 2.3 轴对称圆锥绕流[25]体步骤如下：流的各参数计算紧靠激波后的流动参数，并将得到的参数作用到理想气体的斜激波关系： 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，下标 2 表示紧靠激波后的各物理量。其角。在锥形流场中，激波角 与来流马赫数的关系：11

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本文编号：2776489