高超声速飞行器气动外形优化

发布时间：2017-08-30 15:26

  本文关键词：高超声速飞行器气动外形优化

  更多相关文章： 高超声速 气动优化 面元法 基因算法 FFD

【摘要】：随着航空航天科学技术的发展和国防科学技术的需要,高超声速技术已成为各军事强国关注的焦点。由于其独特的优势,它已经成为当今航空航天科学技术领域的战略制高点。在高超声速飞行器初步设计阶段,需要对飞行器气动外形进行比较快速的优化,以期得到优良的优化方案。本文开发高超声速飞行器气动外形优化程序,采用基因算法结合面元法和FFD自由变形技术对高超声速飞行器外形进行优化。整体程序主要分为以下三个模块:(1)参数化模块,运用FFD自由变形技术对飞行器模型进行参数化,相较于传统的参数化方法,FFD自由变形方法设计参数方便简单,变形灵活,明显降低模型参数化的难度,而且容易通过编程来实现;(2)优化算法模块,本文中的优化算法选择的是基因算法,并加入约束条件的处理方法,使之能够对飞行器气动外形进行优化;(3)气动性能计算模块,数值模拟计算方法计算精度高,但是其计算耗时长,成本高,效率低,所以本文采用工程估算方法(面元法)来求解高超声速飞行器的气动性能,从而大大地提高优化效率,并且其计算精度满足飞行器初步优化设计阶段的要求。将上述三个模块整合起来形成高超声速飞行器气动外形优化程序,只要输入飞行器初始面元网格文件,分布控制体并设计优化参数,然后设置好优化条件,就可以对飞行器气动外形进行优化,精度满足初步设计要求,可以为后续精细优化提供条件。
【关键词】：高超声速 气动优化 面元法 基因算法 FFD
【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】：2015
【分类号】：V221
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 引言12
• 1.2 研究背景及意义12-14
• 1.3 高超声速流动特性14-15
• 1.4 高超声速飞行器气动外形优化方法15-17
• 1.4.1 优化方法介绍15-16
• 1.4.2 高超声速飞行器气动外形优化现状16-17
• 1.5 本文主要工作17-18
• 1.6 本文内容安排18-19
• 第二章FFD参数化模块19-26
• 2.1 引言19
• 2.2 参数化方法19-20
• 2.3 FFD自由变形技术发展历史20-22
• 2.4 FFD自由变形技术原理22-24
• 2.5 FFD参数化方法的特点24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 优化算法模块26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 智能优化算法比较26-28
• 3.3 基因算法28-32
• 3.3.1 基因算法发展历史28-29
• 3.3.2 基因算法基本原理29-30
• 3.3.3 编码问题30
• 3.3.4 交叉运算30-31
• 3.3.5 约束条件处理31-32
• 3.3.6 基因算法特点32
• 3.4 算例验证32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 气动性能求解模块34-49
• 4.1 引言34
• 4.2 面元法发展历史34-36
• 4.3 面元法原理36-40
• 4.3.1 平面面原的确定36-37
• 4.3.2 面元坐标系37-38
• 4.3.3 两种坐标系之间的转换38-39
• 4.3.4 压强系数计算方法的选取原则39-40
• 4.4 高超声速面元法计算程序40-45
• 4.4.1 机身气动力特性计算公式41-43
• 4.4.2 机翼气动力特性计算公式43-45
• 4.5 算例验证45-47
• 4.6 本章小结47-49
• 第五章 算例计算49-57
• 5.1 引言49
• 5.2 优化计算流程49-50
• 5.3 算例计算50-56
• 5.3.1 升力体50-52
• 5.3.2 概念空天飞行器52-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 全文总结与展望57-59
• 6.1 全文总结57
• 6.2 工作展望57-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文63

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