吸气式高超声速飞行器多参数灵敏度分析

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1、2017年5月北京航空航天大学学报May2017第43卷第5期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．43No．5http：?fbhxb．buaa．edu．cn、buaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0354吸气式高超声速飞行器多参数灵敏度分析鞠胜军，阎超+，叶志飞(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083)摘要：为实现吸气式高超声速飞行器多参数情况下的灵敏度分析及参数分类，降低设计的复杂度，在吸气式高

2、超声速飞行器参数化建模的基础上，首先采用正交试验设计生成样本，再通过计算流体力学(CFD)进行高精度气动力性能计算，最后运用方差分析法进行气动性能的参数灵敏度分析，在运用较少的试验样本点的情况下，即可完成多参数、复杂构型条件下气动性能的参数灵敏度分析。结果表明，该方法可以正确地分析出参数对飞行器气动性能的敏感程度，得到参数对气动性能的影响规律。同时，通过灵敏度分析的计算样本，还可以初步选出气动性能较优的飞行器构型，为地面试验和优化设计提供参考。关键词：正交试验设计；方差分析；计算流体力学(CFD)；气动性能；灵敏度分析中图分类号：V221．3文献标

3、识码：A文章编号：1001-5965(2017)05·0927-08吸气式高超声速技术是研究飞行马赫数Ma>5，以超燃冲压发动机为动力、在大气层内能够实现长时间、远航程、高超声速飞行的技术。其主要气动特点是采用机体／推进一体化的气动布局形式，机体／推进一体化程度决定了吸气式高超声速飞行器的外形，也直接决定吸气式飞行器能否实现高超声速飞行同时影响其经济性¨⋯。以美国X-43A和X-51A为代表的2类典型吸气式高超声速飞行器，成功地进行了飞行演示验证试验。2001年6月到2004年11月期间，X-43A先后完成了3次飞行试验，除第1次以失败告终外，第2

4、次飞行试验实现了Ma=7的高速飞行，第3次实现了在33．5km高度，以Ma=9．8的高速飞行，标志着吸气式高超声速飞行器超燃冲压发动机、机体／推进一体化等关键技术取得了重大突破"。。在2010年至2013年间，X．51A先后完成了4次飞行演示验证试验，其中最后一次飞行试验取得了圆满成功，实现了以Ma=4．8～5．1有动力飞行时间达到240S的历史性突破，标志着在吸气式高超声速飞行器技术的工程实用化方面取得了重大进展H。。吸气式高超声速飞行器的设计过程是一个多变量多约束优化的过程，采用传统的优化设计方法，会导致优化过程效率低，甚至由于参数过多、外形复

5、杂等问题而难以得到最优的外形。预先对外形参数进行灵敏度分析，并根据灵敏度对参数进行分类，可以有效地降低设计的复杂度。在灵敏度分析方面，Bradford通过分析参数对尾喷管性能的敏感程度来建立对象的响应面模型，并据此进行尾喷管的构型优化怕1；黄伟等采用正交拉丁方设计和方差分析的方法对尾喷管气动／推进性能进行了研究，考察了设计参数对其性能的灵敏程度∞。；张文电等对尾喷管模型的参数模型采用均匀设计方法构建样本点，再利用回归分析得到尾喷管性能参数与型面参数之间的回归模型，进而得到型面参数对其的影响规律¨。。李收稿日期：2016-04-28；录用日期：201

6、6-05—20；网络出版时间：2016-09-0616：34网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160906．1634．010．html}通讯作者：E—mail：yanchao@buaa．edu．cn；f用格式：鞠胜军，阎超，吁志飞．吸气式高超声速飞行器多参数灵敏度分析ⅣJ．北京航空航天大学学报，2017，43p)：927-934．JUSJ．YANC．YEZF．Multi-parametrlcsensitivityana／yslsofaft：一breathinghypersonicvehiclet

7、

8、]．JoumalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(5)：927—934(inChinese)．928北京航空航天大学学报2017年永洲和张望元对高超声速飞行器内收缩进气道外形参数进行灵敏度分析，获得了设计参数对基准流场总体性能的影响规律¨l。但这些灵敏度分析都仅仅是针对尾喷管、进气道等外形参数，此类外形相对简单，设计参数较少。罗世彬等研究了高超声速巡航飞行器机体／推进系统设计参数对性能的影响。91，分析了各设计参数的影响等级并对设计参数取值域进行了划分。但在飞行器的气动力

9、计算时，采用精度较低的面元法进行估算，且未对进气道内增压比等关键性参数进行参数灵敏度分析。本文为研究复杂外形、多参数情况下