吸气式高超声速飞行器推进系统建模及不确定性研究

发布时间：2022-02-17 04:46

　　针对吸气式高超声速飞行器推进系统存在的不确定性问题,采用随机多项式展开（PCE）和蒙特卡罗模拟（MCS）两种方法开展了推进系统不确定性定量研究,得到了推力的概率密度函数以及置信区间,从而对推力的不确定性进行评估。首先对一典型吸气式高超声速飞行器的推进系统进行了建模,将模型分为外压缩段及内流道段,考虑溢流效应的影响,得到了气流参数分布及推力结果。随后考虑马赫数、迎角及燃油当量比的不确定性,采用PCE方法进行不确定性分析,将得到的推力估计值、置信区间及计算效率与MCS结果进行对比。结果表明:所建立的推进系统模型可快速评估吸气式高超声速飞行器的推力特性,PCE和MCS两种方法的推力统计分布结果相吻合,但PCE方法计算效率更高,可以在初步设计阶段快速评估推进系统的不确定性。 

【文章来源】：战术导弹技术. 2020,(03)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

推进系统示意图

在使用构建的响应函数进行不确定性分析前，首先讨论响应函数与随机参数的关系，三个随机参数的影响中，燃油当量比为主要影响因素，与推力成正相关关系，影响机理比较清晰，不单独列出分析。此处重点分析燃油当量比不变时，推力与迎角及马赫数的关系，如图5所示。从图5可以看出，燃油当量比不变时，推力随马赫数增大而减小，随迎角增大而增大。进一步对数值的比较可以发现:马赫数增大时，发动机出口处温度、压力均增大，根据推力表达式中，(m·outVout-ma·V∞)占主要部分，该部分对推力的贡献减小，(PoutAout-P∞Aout)的贡献增大，两者综合使得推力减小。迎角增大时，出口参数并无显著变化，推力增加主要源于捕获流量的增加。

在分析了响应函数与随机参数的关系之后，利用构建好的响应函数产生新的统计样本，进而分析推力的分布情况。将计算结果利用核密度估计方法[14]进行统计，得到推力的概率密度函数。样本数量为5000时，得到概率密度函数如图6所示。从结果可以看出，当随机参数满足正态分布时，推力响应也近似满足正态分布。推力均值为1678.57 N,95%置信区间为[1604.85 N,1753.45 N]。4.2.2 蒙特卡罗模拟结果

【参考文献】：
期刊论文
[1]吸气式高超声速飞行动力学建模与分析[J]. 田宪科,赵斌,田宪长.  战术导弹技术. 2019(03)
[2]高超声速运载器宽速域气动/推进耦合建模与分析[J]. 程锋,张栋,唐硕.  浙江大学学报(工学版). 2019(05)
[3]高超声速武器及其对未来战争的影响[J]. 黄志澄.  战术导弹技术. 2018(03)
[4]超燃冲压发动机准一维建模研究[J]. 张栋,唐硕,祝强军.  固体火箭技术. 2015(02)
[5]高超声速飞行器机体/推进一体化设计的启示[J]. 罗金玲,李超,徐锦.  航空学报. 2015(01)
[6]考虑结构刚度不确定性的概率颤振分析[J]. 唐健,吴志刚,杨超.  北京航空航天大学学报. 2014(04)
[7]基于随机响应面法的结构可靠度分析[J]. 胡冉,李典庆,周创兵,陈益峰.  工程力学. 2010(09)



本文编号：3628972