基于网格面元法的高超声速飞行器性能分析

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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—0056—04基于网格面元法的高超声速飞行器性能分析江志国，车竞(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：在高超声速飞行器预先研究和概念设计阶段，目前缺乏足够的飞行试验数据和地面实验数据，根据实际飞行性能指标进行气动布局和总体性能优化设计是困难的。基于网格面元法的工程估算方法，是一种计算性能指标的方法，采用参数化建模建立其几何模型，基于几何模型分解法建立网格面元模型。采用T程估算方法计算气动力和雷达散射截面两个有代表性的性能指标。通过对仿真结果的分析表明，基于网格面元法的性能指标计算方法有效且速

2、度快，满足了气动布局和总体性能优化设计中对性能指标计算速度和计算精度的双重需求。关键词：网格；面元；建模；高超声速飞行器；类乘渡体中图分类号：V4111．8文献标识码：BPerformanceAnalysisofHypersonicVehicleBaseonSurfaceElementModelingJIANGZhi-guo，CHEJing(CollegeofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’8．11Shanxi710072，China)ABSTRACT：Aslackenoughflighttestsandground

3、experimentdata，shapeoptimizingdesignbasesonperformanceindexofrealflightbecameverydifficultintheconceptiondesignstageofhypersonicvave-fidervehicle．Basedonsurfaceelementmodeling，engineeringcalculationisafeasiblemethod．Firstparametermodelingmethodisusedtobuildageometrymodel，thenthesurfaceelementmode

4、lingisconstructedthroughcomponentsdecompose．Intheend．aerodynamicforceandradarcrosssectionarecalculatedusingenginemethod．Theresultsshowthatthecompu-tingtimeisshortandthecalculationaccuracyishigh，whichcansatisfythedemandsforcalculatingtimeandpreci—sioninshapeoptimizedesign．KEYWORDS：Grid；Surfaceelem

5、ent；Modeling；Hypersonicvehicle；Wave-ridervehiclel引言高超声速技术是研究以吸气式发动机为动力的飞行技术，它代表着一个国家未来开发利用空间的能力，是衡量军队战斗力和生存力的重要标志，具有重要的军事价值和广泛的应用前景。其中高超声速飞行器的气动布局和总体性能优化设计是高超声速飞行器的技术关键。为了获得最优气动外形和最优总体性能，需要建立高超声速飞行器的性能指标快速计算模型。这些性能指标包括气动力特性、气动热特性、雷达散射截面特性和操稳特性等。在高超声速飞行器的预先研究和概念设计阶段，由于飞行试验数据和地面测试设备的不足，根据实际飞行性能指标进行

6、气动外形优化设计将异常困难。因此，当前高超音速飞行器的优化设计，必须采用其它方法获得比较准确的性能指标。基于网格面元法的工程估算方法具有较好的计算精度收稿日期：2009—02—22修回日期：2009—12—29—56一和非常快的计算速度，在高超声速飞行器性能指标计算中有着非常好的应用。2网格面元法建模过程由于飞行器外形比较复杂，采用部件分解法，将飞行器各部件分开来进行分析。高超声速飞行器部件可分为机身、水平机翼、斜置机翼、冲压发动机。根据文献[1]参数化模型提供的参数，分别在第一机体坐标系、第一机翼坐标系构建出各部件俯视、侧视的二维轮廓线，并基于轮廓线构建飞行器各个部件的三维曲面方程。再

7、按一定规律分别划分网格，曲率大的地方网格布置多些，以满足性能计算精度；曲率小的地方网格布置稀疏些，以满足计算速度。划分网格后可以先得到各网格点的(x，，z。)值，然后根据(x，，Z。)值，通过三维曲面方程可以求得y，值，这样就生成了飞行器表面网格点的三维坐标。最后根据四边形网格生成三角形面元，通过矢量运算取得各面元元素，得到面元数组。面元的整个生成过程如图1。圄1面元生成过程喃。霎慧：要二?堂外形为类乘波体构型，外形比较复杂，差妻羹