吸气式高超声速飞行器多学科优化设计研究

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1、第28卷第3期计算机仿真2011年3月文章编号：1006—9348(2011)03—0069-04吸气式高超声速飞行器多学科优化设计研究高度，唐硕(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：在冲压发动机推进特性问题的研究中，高超声速飞行器是一种多学科强耦合的先进飞行器，传统的设计方法一般只考虑某一个性能和学科，造成设计性能不理想，而多学科优化设计(MDO)能够探索和充分利用工程系统中的协同机制来实现复杂飞行器的设计。为优化推进技术，完善设计，提高航程，用多学科优化设计方法对高超声速飞行器进行了优化设计。建立了包括空气动力学、推进系统、结构质量以及弹道航程等多个学科模碰

2、在内的多学科优化平台。进行仿真，结果表明满足各个学科约束的条件，使得飞行器的航程提高12．94％。同时也说明文中针对高超声速飞行器搭建的多学科优化平台是可行的，为优化设计提供厂保证。关键词：多学科优化；吸气式高超声速飞行器；遗传算法中图分类号：1W65，4+3文献标识码：AMultidisciplinaryDesignOptimizationStudyofAir—breathingHypersonicVehicleConceptDesignGAODu．TANGShuo(DepartmentofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniv

3、ersity，XiAn，710072，China)ABSTRACT：Wave-riderair-breathinghypersoniccruisevehicle(HCV)isakindofdisciplinaryintensivelyCOU-piedvehicles．Traditionalvehicledesignmethodconsidersonlyacertainperformanceanddiscipline，whichleadstonon-optimumdesign．Multidisciplinarydesignoptimization(MDO)methodconsi

4、derstherelationshipofmuhidisci·plinaryanduseacollaborativewaytoexplorethedesignspaceofcomplexvehicle．Thisp印erusedaMDOmethodtoaHCVdesign，describedaHCVconceptdesignmodelwithaerodynamics，propulsion，structureandcruiseperform·antemodel，builtmulti—disciplinaryanalysisroutineandfoundanoptimumdesig

5、n．Resultsshowthatbasedonthemulti-disciplinarymethod，theglobalperformance(cruiserange)w鹅improvedby12．94percent，anditalsowasprovedthattheMDOplatformofhypersonicwasavailable．KEYWORDS：MDO；Air-breathinghypersoniccruisevehicle；Geneticalgorithml引言吸气式高超声速飞行器(以下简称高超声速飞行器)一般指飞行马赫数大于5，以超燃冲压发动机推进的飞行器，其

6、发动机的起动和燃烧条件比较苛刻。已有的方案大都将机身前体与发动机进气道、发动机尾喷管和机身尾部进行一体化处理。这种的设计方案虽然能满足推进系统的设计要求，提高结构设计质量，但也导致推进系统和空气动力学科的高度耦合，而传统的设计方法均考虑单一学科和性能，难以满足设计要求。多学科设计优化方法(MultidisciplinaryDesignOptimiza—tion，MDO)是一种通过充分探索和利用1二程系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法，强调设计中多收稿日期：2009—12一17修回日期：2010-02-13学科，多领域间的协调设计。实践证明，MDO方法可以提高

7、飞行器各设计阶段的效率。伴随着高超声速飞行器的研究发展，已有很多关于MDO在高超声速飞行器上应用的报道。吴先宇等对基于替代模型的高超声速前体／进气道一体化设计进行了优化¨J，车竞等对高超声速巡航飞行器的机身进行了多目标的优化设计’2‘3J，罗世彬等基于试验设计和响应面近似方法对高超声速巡航飞行器多学科设计优化进行了研究一J。为了研究MDO方法在高超声速飞行器方案设计领域的应用，本文搭建了多学科优化设计平台，对一种乘波体吸气式高超声速飞行器进行了多学科优化设计研究。2MDo方法在高超声速飞行器的概念设计过