高超声速飞行器气动外形优化

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870115-S023学科分类号：080103硕士学位论文高超声速飞行器气动外形优化研究生姓名：曹特学科、专业：流体力学研究方向：计算流体力学指导教师：夏健教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringAerodynamicshapeoptimizationofhypersonicvehiclesAThesisin

2、ScienceandtechnologyofAeronauticsandAstronauticsbyCaoTeAdvisedbyProf.XiaJianSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的

3、学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：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

4、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

5、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，FFDIABSTRACTWiththedevelopmentofaerospacescienceandtechnologyandtheneedofnationaldefensescienceandtechnology,hypersonictech

6、nologyhasbecomethefocusofattentionoftheeverymilitarypower.Andhypersonictechnologyhasbecomethestrategichighgroundinthefieldofaerospacescienceandtechnologytoday,becauseofitsuniqueadvantages.Inthepreliminarydesignstageofahypersonicvehicle,weneedtooptimizeitsaerodynamicshapequ

7、ickly,inordertogetanexcellentoptimizationscheme.Inthispaper,akindofhypersonicvehicleaerodynamicshapeoptimizationprogramisdeveloped,usinggeneticalgorithmcombinedwithpanelmethodandfree-formdeformationtechniques,tooptimizetheshapeofahypersonicvehicle.Andthewholeprogramisdivid

8、edintothefollowingthreemodules:(1)theparametricmodel,wecanuseFFDmethodtoachievetheparamet