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高超声速二维进气道性能研究

作　者: 杨钧
导　师: 罗世彬
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 高超声速飞行器进气道溢流槽设计优化数值模拟
分类号: V211.48
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 86次
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内容摘要

论文主要采用数值模拟方法对高超声速二维进气道进行了性能研究,并对进气道开展了设计、优化和构型改良研究,系统地分析了不同因素对高超声速二维进气道性能的影响。对标准粒子群算法进行了初步研究,提出了基于动态参数和自然选择法的改进型粒子群算法,通过算例测试结果表明,改进型算法在收敛率、收敛速度等方面均有提高。在跟踪国内外高超声速进气道的研究基础之上,文中选取高超声速二维进气道为研究对象,对进气道内外流场进行了数值模拟。通过算例验证校验了数值方法的有效性,本文所采用的数值方法能够非常准确地预测二维进气道的流场。在跟踪国内外二维进气道设计方法的基础之上,设计了二维进气道构型,并对所设计的进气道构型开展了基于代理模型的构型优化设计研究,对基准构型和优化构型开展了设计状态/非设计状态下的流场进行了数值模拟,定量地对比分析了基准构型和优化构型的流场结构,通过优化设计后的构型在进气道综合性能上有大幅提升,但工作马赫数范围有所下降。在优化构型基础上开展了进气道构型的改良研究,主要考虑了在进气道喉道处开设溢流槽和喉道肩点处圆滑处理对设计状态/非设计状态下的进气道性能的影响,并分析了溢流槽长度和圆弧半径大小对进气道性能的影响,通过研究后发现,喉道处开设溢流槽对提升进气道的综合性能比较有效,而喉道处圆滑处理不能够显著地提升进气道的性能。

全文目录

表目录  6-7
图目录  7-9
摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外高超声速进气道研究现状  12-17
    1.2.1 国外进气道研究现状  12-16
    1.2.2 国内进气道研究现状  16-17
  1.3 本论文所做的工作  17-19
第二章数值计算方法  19-29
  2.1 控制方程  19-20
  2.2 湍流模型  20-21
  2.3 空间离散格式  21-23
  2.4 边界条件  23
  2.5 网格生成  23
  2.6 算例验证  23-28
  2.7 本章小结  28-29
第三章优化设计方法  29-35
  3.1 试验设计  29
  3.2 代理模型  29-30
  3.3 优化算法  30-34
    3.3.1 标准粒子群算法  30-31
    3.3.2 改进型粒子群算法  31-33
    3.3.3 算例验证  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章二维进气道设计与优化  35-58
  4.1 二维进气道设计  35-40
    4.1.1 二维进气道的性能指标  35-36
    4.1.2 高超声速进气道设计目标  36-37
    4.1.3 二维高超声速进气道设计方法  37-39
    4.1.4 二维进气道构型的设计  39-40
  4.2 二维进气道的仿真计算  40-48
    4.2.1 计算网格  40
    4.2.2 边界条件  40-41
    4.2.3 计算结果分析  41-48
  4.3 二维进气道的设计优化  48-56
    4.3.1 设计变量的选取  48-49
    4.3.2 设计优化过程简介  49
    4.3.3 优化结果分析  49-53
    4.3.4 优化构型性能计算  53-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章进气道构型改良研究  58-73
  5.1 溢流槽对进气道性能的影响  58-67
    5.1.1 溢流槽长度对进气道设计点性能的影响  58-62
    5.1.2 非设计点下溢流槽对进气道性能的影响  62-64
    5.1.3 低马赫数条件下进气道起动性能研究  64-67
  5.2 喉道尖点处圆滑过渡对进气道性能的影响  67-72
    5.2.1 设计状态下圆弧半径对进气道性能的影响  68-69
    5.2.2 非设计状态下圆弧半径对进气道性能的影响  69-72
  5.3 本章小结  72-73
结束语  73-76
致谢  76-78
参考文献  78-84
作者在硕士期间取得的学术成果  84

高超声速二维进气道性能研究

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