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题名面向高超声速飞行器的宽速域翼型优化设计
被引量：8
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作者
张阳
韩忠华
周正
汤继斌
张科施
宋文萍
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机构
西北工业大学气动与多学科优化设计研究所
西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室
中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室
北京空天技术研究所
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出处
《空气动力学学报》
CSCD
北大核心
2021年第6期111-127,I0002,共18页
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基金
国家自然科学基金(11972305)
航空基金(2019ZA053004)
+1 种基金
陕西省自然科学基金(2020JM-127)
陕西省杰出青年科学基金(2020JC-31)。
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文摘
宽速域气动设计是水平起降高超声速飞行器研制的瓶颈问题之一。水平起降高超声速飞行器在飞行过程中需要经历亚、跨、超和高超声速多个速域,而适应不同速域的最佳气动外形相互矛盾,使得实现良好的宽速域气动设计面临极大挑战。首先,针对高超声速飞行器宽速域翼型气动设计问题,发展了基于代理模型的高效全局气动优化设计方法,并设计出一种相对厚度为4%、有一定弯度、下表面具有双“S”形特征的宽速域翼型。将新翼型与常规四边形和双弧形翼型进行了气动特性对比,并进行了流动机理分析,结果表明新翼型的宽速域综合气动特性显著优于常规翼型,从而证明发展兼顾亚、跨、超和高超声速气动性能的宽速域翼型是可行的。其次,开展了宽速域翼型的多目标优化设计,通过分析Pareto解集中翼型的宽速域气动性能随几何外形变化的演化规律,进一步解释了有一定弯度、下表面呈双“S”形的薄翼型能够协调亚、跨、超声速与高超声速气动性能的原理。最后,采用平面外形为梯形的机翼,进行了三维机翼构型下的宽速域翼型多目标优化设计。三维优化设计结果与二维结果具有相似的几何特征和压力分布,说明这种通过下表面双“S”形小弯度薄翼型来兼顾亚、跨、超和高超声速气动性能的宽速域流动机理同样适用于三维情况,也证实了翼型设计对于宽速域高超声速飞行器仍然具有重要意义。
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关键词
高超声速飞行器
宽速域气动设计
翼型
气动优化设计
多目标优化
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Keywords
hypersonic vehicle
wide-Mach-number-range aerodynamic design
airfoil
aerodynamic design optimization
multi-objective optimization
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分类号
V211.41
[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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