乘波体气动外形设计与计算

论文摘要

乘波体是一种前缘都具有附体激波的超音速或高超音速飞行器。由于激波附着于乘波体的前缘,所以可以防止下表面的高压气流“漏到”上表面,因此与传统的超音速或高超音速飞行器相比,这个特点使乘波体飞行器具有很高的升阻比。本文主要介绍了根据锥形流场生成乘波体的方法,并由此方法生成乘波体外形,研究了锥导乘波体的气动特性。并且把粘性优化引入到乘波体的优化工作中,应用单纯型优化方法,以最大升阻比为优化目标,同时加入了合适的约束条件,开展优化工作。得到了不同马赫数下激波角变化时的最大升阻比的乘波外形。对优化的结果进行了分析,讨论了影响乘波体升阻比的因素。结果表明,对于升阻比最大的粘性优化乘波体,存在最优圆锥激波角使得源自该基本流场的乘波体升阻比最大;摩阻和波阻处于同一量级;体积率、细长比随着基本流场激波角的增大而增大;随着马赫数的增大,最优激波角是减小的,并且得到的最大升阻比也是减小的。最后,对Ma = 6 ,β= 12°时优化的乘波体进行了三维流场的数值模拟,数值模拟的结果与设计结果比较吻合,证明了本文的设计程序是比较可信的,可以得到满意的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的目的及意义
• 1.2 乘波构型研究的进展
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 乘波构型及其生成
• 2.1 乘波构型的概念
• 2.2 乘波构型的生成
• 2.2.1 ∧型乘波构型
• 2.2.2 源于锥形流动的乘波构型
• 2.2.3 源于倾斜圆锥和椭圆锥体流动的乘波构型
• 2.2.4 源于楔形-锥形混合流动的乘波构型
• 2.2.5 源于吻切锥流场的乘波构型
• 2.2.6 生成乘波构型的定常和变楔角方法
• 2.3 小结
• 第三章 基于锥形流场乘波外形设计及气动力计算
• 3.1 基于锥形流场乘波外形设计
• 3.1.1 锥形流场生成
• 3.1.2 下表面的生成
• 3.1.3 上表面生成
• 3.1.4 底面
• 3.2 气动力计算
• 3.2.1 无粘气动力计算
• 3.2.2 粘性力计算
• 3.2.3 摩擦系数求解
• 3.3 小结
• 第四章 乘波体外形优化设计
• 4.1 单纯型优化方法
• 4.2 目前的应用
• 4.3 前缘曲线形状
• 4.4 小结
• 第五章 结果及讨论
• 5.1 马赫数6 时优化
• 5.1.1 激波角12 度给定约束优化
• 5.1.2 改变激波角时最优化
• 5.2 不同马赫数下的优化
• 5.3 小结
• 第六章 数值验证
• 6.1 数值模拟方法
• 6.1.1 控制方程及离散格式
• 6.1.2 湍流模型
• 6.1.3 网格生成
• 6.1.4 边界条件处理
• 6.2 算例验证
• 6.2.1 计算条件
• 6.2.2 计算结果
• 6.3 小结
• 第七章 本文总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 后续的研究工作
• 参考资料
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文