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《南京航空航天大学》 2017年
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翼身融合布局无人机总体多学科设计优化研究

邓海强  
【摘要】:翼身融合布局作为一种新型气动布局形式,具有气动效率高、结构重量轻、隐身性能好、噪音小和排放少等优势,不仅是未来远程运输机可能采用的布局形式,也是一种比较理想的无人机气动布局形式,已在国内外的多个无人机机型中得到应用。由于翼身融合布局飞机气动、操稳、飞行性能、结构和隐身等学科紧密耦合,且缺乏可供借鉴的统计数据,采用多学科设计优化方法开展总体设计是一个有效途径。本文围绕翼身融合布局侦察/打击一体化无人机总体设计,对多学科设计优化方法的应用进行了研究,主要内容包括:1)根据拟定的战术技术指标,提出了一个翼身融合布局侦察/打击一体化无人机的总体设计方案,通过初步方案的气动和隐身分析,发现了其存在的纵向配平困难和配平升阻比降低问题。针对翼身融合布局无人机的设计特点将其总体设计问题定义为多学科设计优化问题,在学科耦合关系分析的基础上建立了总体多学科设计优化流程。2)针对翼身融合布局无人机外形特点,研究了一种几何外形参数化建模方法,通过定义平面形状、展向剖面、机身横截面和操纵面偏转等参数,采用VB环境下的CATIA二次开发技术实现了操纵面未偏转和操纵面偏转状态下三维几何外形的自动生成。3)采用Tcl语言编制具有容错能力的Gridgen软件脚本,实现了不同操纵面偏转外形的网格自动划分。采用PAN AIR面元法程序和工程方法相结合的方式建立了考虑操纵面偏转的气动分析模型。基于气动代理模型建立了巡航配平性能、纵向稳定性、配平能力、飞行性能和纵向对称面弯矩分析模型。采用物理光学法和等效电磁流法建立了翼身融合布局的隐身分析模型。4)按照翼身融合布局无人机的总体多学科设计流程,采用iSIGHT-FD软件集成气动、巡航配平性能、稳定性、配平能力、飞行性能、纵向对称面弯矩和隐身性能等分析模型,建立了总体多学科设计优化的计算环境,实现了各学科分析的自动运行。5)在翼身融合布局无人机总体多学科设计优化计算环境中进行试验设计和样本点计算,以试验设计样本点计算结果为基础建立总体代理模型,对主要设计参数的影响进行了分析,并开展了基于总体代理模型的多学科设计优化,分析了不同优化目标、约束条件对优化结果的影响。6)通过风洞试验、RCS高精度分析和微波暗室测试、缩比验证机飞行试验等途径对优化方案的气动、隐身和操稳性能进行了检验,验证了本文所采用的分析方法是可信的,提出的多学科设计优化流程和策略有效地解决了翼身融合布局无人机总体参数优化设计问题。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:V279

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