基于模型迁移方法的高超声速飞行器建模

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1、2016年12月第42卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2016V01．42No．12http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0807基于模型迁移方法的高超声速飞行器建模王浩亮，李清东+，任章，赵启伦，董希旺，刘菲(北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100083)摘要：高超声速飞行器的研发是一个小批量多批次的过程。为了降低实验成本缩短建模周期，引入

2、了模型迁移方法计算具有相似外形的高超声速飞行器的气动参数。首先研究了一种评价飞行器气动外形间仿射相似度的方法，当相似度满足要求时，可使用模型迁移方法计算新飞行器的气动参数。接着基于高超声速相似律，使用基飞行器的气动参数对新飞行器气动参数初次迁移。当初次迁移结果不能满足建模精度要求时，应用偏差校正的方法对迁移过程修正。最后为了消除飞行高度对高超声速流黏性的影响，引入高超声速边界层理论迁移飞行器不同高度上的气动参数。通过对仿真结果的分析，验证了模型迁移方法对具有相似外形的高超声速飞行器建模的有效性。关键词：高超声速飞行器；仿射相似度；高超声速相似律；模型迁移；高超声速边界层理论中图分类号：V

3、475．2文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)12—2640-08目前主要是基于风洞试验和计算流体力学(CFD)方法相结合的方式对高超声速飞行器建模，而高超声速飞行器的研发是一个小批量多批次的过程，使得新飞行器的研发成本和研发周期大幅增加。常见的几种高超声速飞行器从气动构型上可以分为：翼身组合体、升力体和乘波体；由于飞行任务的不同，同种构型的高超声速飞行器的气动特性趋于相似性。飞行器在预研阶段需要经过多批次的修改，通常情况下，新飞行器的气动数据是通过实验的方法获取的，但是风洞试验建模是一个费时费钱的过程，所以需要有效地利用飞行器间的相似性，降低实验成本。在以往的研究中，

4、模型迁移理论主要应用在建立过程模型上¨。3o，它需要一个成熟的具有明确可信度的过程模型作为基模型，当需要建立的新过程模型与基模型具有明确相似性时，可以使用模型迁移方法基于基模型对新过程建模。根据高超声速相似律¨引，具有尖头薄体或尖头旋转体的高超声速飞行器，当它们具有仿射相似构型时，对应的气动参数间在特定的飞行环境下满足一定的线性关系H引；此时可以基于模型迁移方法对飞行器建模。以薄体尖头飞行器为主要研究对象，首先设计了一种评价飞行器气动外形间相似度的方法，进而基于高超声速相似律使用模型迁移方法对高超声速飞行器建模。模型迁移方法需要一个成熟并且具有明确可信度的飞行器的气动参数模型作为基模型，

5、对应的飞行器作为基飞行器。当需要对一个与基飞行器具有一定相似度的飞行器进行建模时，需要通过求解2个飞行器气动外形间的线性关系，计算相似度。当2个飞行器的相似度收稿日期：2015-12-07；录用日期：2016-03．11；网络出版时间：2016-04—1315：37网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160413．1537．005．html基金项目：国家自然科学基金(91216304，91116002，61333011)}通讯作者：Tel．：01042314573—11E-mail：liqingdong@buaa．edu．cn；f用格式

6、：王浩亮，李清东，任章，等．基于模型迁移方法的高超声速飞行器建模ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(12)：2640．2647·WANGHL，LIQD，RENZ，etaj．ModelingofhypersonicvehicleviamodelmigrationmethodⅣJ．JoumalofBeijingUni．versifyofAeronauticsandAstronautics，2016，42(12)：2640—2647(inChinese)．第12期王浩亮，等：基于模型迁移方法的高超声速飞行器建模满足一定指标时，可以基于高超声速相似律迁移得到新飞行器的气动参数。为了评估迁

7、移得到的气动参数的精度，本文使用CFD获取部分新飞行器的气动参数与前面迁移得到的气动参数对比，当迁移得到气动参数精度满足建模要求时认为建模完成；当不满足要求时使用已有的新飞行器的气动参数对迁移过程修正。利用气动参数随高度变化的规律计算整个空域的高超声速飞行器的气动参数。最后通过仿真验证了本文给出的建模方法的有效性。飞行器仿射相似度评估[兰]=A[兰]+B=[i!ji兰i{i][圣]+[；!]【翼】=A·【：：】+曰-2【：：：：：】