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《国防科学技术大学》 2007年
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高超声速飞行器一体化布局气动外形设计

李晓宇  
【摘要】: 从分析高超声速飞行器机体/发动机一体化气动外形的特征出发,确定了高超声速飞行器气动外形设计任务和设计流程,综合理论分析、数值计算、实验设计、响应面方法和优化算法,建立了高超声速飞行器一体化外形设计方法体系。 采用理论分析与数值计算,对飞行器二维流道的流场结构和流动特征进行了讨论。通过对二维前体/进气道构形和后体/尾喷管构形设计参数的讨论,掌握了参数对流场结构和气动特征的影响规律,并结合真实飞行的需要对飞行器进气道闭合/开启过程、低马赫数启动性能、发动机点火前后飞行器气动特征变化进行了初步分析。采用实验设计与数值分析建立了响应面近似分析模型,并通过优化算法针对不同的优化指标进行了构形的优化设计,提出了二维前体/进气道和后体/尾喷管优化设计方法。 研究了二维流道扩展形成的发动机下腹式布局的高超声速飞行器一体化构形的三维溢流效应,从而提出了高超声速飞行器侧缘外形设计思想。对侧缘外形控制参数进行了讨论,结果表明合理的侧缘设计能够有效抑制侧缘溢流,改善进气道的流量捕获和飞行器气动特征。利用数值计算对飞行器一体化构形的气动特征进行了分析并建立了响应面近似分析模型用于气动外形优化设计。建立了高超声速飞行器一体化气动外形设计环境,能够实现飞行器基本构形设计与可视化,不同精度的气动特征分析及外形优化设计等功能。 为了改善飞行器气动特征,提出了乘波侧缘于与发动机中心流道一体化设计思想。采用锥导乘波构形设计方法设计侧缘外形,并通过改变设计马赫数消除中心流道横向流动对侧缘乘波特征的影响,通过计算表明采用这一方法可以获得具有良好乘波特征和升阻比特征的外形。采用高超声速气动力预测方法对乘波构形进行了优化设计,获得了不同目标下的优化外形并进行了讨论。从真实飞行过程中防热要求出发,对钝前缘乘波构形的气动特征进行了考察,通过计算表明,钝前缘对乘波构形的气动特征特别是升阻比特征带来很大影响,可以采用部分钝前缘设计兼顾防热和升阻比的要求。 开展了有动力飞行器一体化构形风洞实验研究,对飞行器在发动机点火前后气动力和力矩特征进行了测量。实验揭示了飞行器的基本气动特征及其变化规律。为了改善飞行器气动特征,设计了具有乘波特征的侧缘外形,实验结果表明新外形在提高升阻比的同时,也改善了飞行器的纵向力矩特征。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:V211.4

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【引证文献】
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1 王青;谷良贤;龚春林;;超燃冲压发动机可调尾喷管多目标优化设计[J];推进技术;2013年03期
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1 冯定华;潘沙;丁国昊;曹文斌;李伟;罗凯;刘枫;李桦;;CFD并行计算方法在高超声速数值模拟中的应用[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
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2 许域菲;近空间飞行器非线性容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
【参考文献】
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【共引文献】
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5 史晓鸣;杨炳渊;;气动加热环境下大攻角翼面超音速颤振分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
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8 尹昌平;肖加余;李建伟;曾竟成;刘钧;;苯并噁嗪树脂基碳纤维布层合板的研究[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
9 王淑华;张学军;张友华;;低密度防热材料热响应数值模拟及防热机理研究[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
10 俞继军;欧东斌;姜贵庆;李仲平;;二氧化硅材料驻点烧蚀传热过程数值模拟与试验验证[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
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1 王飞;亚微米分子筛催化乙醇脱水制乙烯:失活、再生及动力学[D];华东理工大学;2011年
2 李瑞江;无控制Ⅱ型动量交换型径向流反应器催化剂封和床层流场行为的研究[D];华东理工大学;2010年
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10 程方晓;基于自适应保持多样性遗传算法的汽车动力传动系多目标优化[D];吉林大学;2011年
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1 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王莉莉;赋形波束波导缝隙阵列天线的仿真设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李铁军;多级除尘器气动性能分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 万新超;蜂窝密封流动性能与模化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 崔广云;LED彩色打印机内部温度场的数值计算[D];大连理工大学;2010年
6 艾丽;橡胶集料塑性混凝土配合比设计研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 王黎黎;旋风除尘器内部流场实验和数值模拟研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
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10 魏红波;化学机械抛光工艺中相关问题的数值模拟[D];湘潭大学;2010年
【同被引文献】
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1 范晓樯,李桦,丁猛;钝头双锥体有攻角表面热流计算[J];兵工学报;2002年01期
2 吕晓斌,朱自强;二维跨音速Euler方程分区并行算法[J];北京航空航天大学学报;2000年02期
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9 夏刚,程文科,秦子增;Spalart-Allmaras湍流模型在高超声速气动加热计算中的应用[J];国防科技大学学报;2002年06期
10 赵兴艳,苏莫明,苗永淼;LU-AUSMPW混合格式在可压缩无粘和粘性流动数值分析中的应用[J];航空动力学报;2000年02期
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9 王学德;高超声速稀薄气流非结构网格DSMC及并行算法研究[D];南京航空航天大学;2006年
10 朱亮;空天飞行器不确定非线性鲁棒自适应控制[D];南京航空航天大学;2006年
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1 李凰立;再入弹头的气动加热及热响应分析[D];西北工业大学;2001年
2 王可;AUSM+格式的研究和应用[D];南京航空航天大学;2002年
3 张江涛;CFD显式差分计算程序的自动并行技术研究[D];国防科学技术大学;2002年
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6 余奇华;三维高超声速绕流流场并行算法研究[D];南京航空航天大学;2006年
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【二级引证文献】
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1 冯定华;高速流动精细数值模拟、实验研究及其在气动光学中的应用[D];国防科学技术大学;2010年
2 张兵;高超声速多场耦合及其GPU计算加速技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
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1 李伟;高超声速飞行器滑移区气动热数值模拟研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 张婷;长大输水隧洞检修期自然通风CFD模拟研究[D];天津大学;2012年
【二级参考文献】
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1 李晓宇;高超声速乘波构形初步设计与分析[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 王兰;超音速燃烧冲压发动机燃烧室数值模拟[D];西北工业大学;2001年
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5 詹浩;;变体飞行器的飞行动力学关键问题[A];智能可变形飞行器发展前景及我们的选择——新观点新学说学术沙龙文集(32)[C];2009年
6 张来平;;从CFD角度谈变形飞行器研究对CFD发展的推动作用[A];智能可变形飞行器发展前景及我们的选择——新观点新学说学术沙龙文集(32)[C];2009年
7 袁萃;杨青真;段卓毅;;遗传算法在翼型优化设计中的应用研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
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9 高正红;;空气动力学设计方法研究及进展[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 林鸿;杨月诚;强洪夫;叶霞;;基于燃面推移的某小型固体火箭发动机内流场数值仿真[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
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1 黄志澄;“猎鹰计划”,另一种战略选择[N];大众科技报;2006年
2 本报记者 陈彬;好风助我上青天[N];科技日报;2006年
3 夏国洪;航天军民两用技术的发展[N];学习时报;2007年
4 鼎冲;登陆作战利器:地效飞行器[N];解放军报;2005年
5 六○五研究所所长 陈东升 党委书记 刘宜国;推进思想大解放 实现特飞新发展[N];中国航空报;2008年
6 本报记者 杨艳;哈埠“船王”造出“舰模巨无霸”[N];哈尔滨日报;2005年
7 记者 彭溢;单桨环道“飞碟”小批量试产[N];黑龙江日报;2008年
8 李冰之;新型飞行器使地球免遭小行星威胁[N];中国航天报;2009年
9 文建;也想送宇航员上月球,印将发绕月飞行器[N];新华每日电讯;2008年
10 本报记者 朱广菁;计算流体力学化解航天哪些风险[N];大众科技报;2007年
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1 李晓宇;高超声速飞行器一体化布局气动外形设计[D];国防科学技术大学;2007年
2 范晓樯;高超声速进气道的设计、计算与实验研究[D];国防科学技术大学;2006年
3 彭钧;高超声速巡航飞行器乘波布局设计研究[D];南京航空航天大学;2007年
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5 郭祖华;并联数控刀具磨床的动力学优化设计[D];北京航空航天大学;2002年
6 栾振辉;平衡式复合齿轮泵的理论与试验研究[D];中国矿业大学(北京);2000年
7 刘桦;风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究[D];重庆大学;2009年
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9 王新坤;微灌管网水力解析及优化设计研究[D];西北农林科技大学;2004年
10 郑银环;汽车钢板弹簧计算模型研究[D];武汉理工大学;2005年
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1 杨海江;乘波体气动外形设计与计算[D];南京航空航天大学;2008年
2 何大娇;电磁轨道炮内弹道优化设计[D];南京理工大学;2008年
3 李允昌;465Q内燃机冷却水泵的优化设计[D];广西大学;2008年
4 黄爱凤;飞行器翼面隐身结构电磁散射特性设计优化[D];南京航空航天大学;2005年
5 吴琼;电磁带隙结构的优化设计[D];合肥工业大学;2005年
6 李娟;潜水电泵的节能技术研究[D];江苏大学;2007年
7 周志安;多层纳米吸波材料的遗传优化设计及数值计算[D];南京理工大学;2008年
8 蔡杰;最优化技术在直升机设计中的应用[D];南京航空航天大学;2005年
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