高超声速滑翔式飞行器气动性能分析与评估

论文摘要

高超声速滑翔式飞行器是世界航空航天事业发展的一个主要方向,国外已经掀起了将其作为远程快速精确打击武器系统平台的研究热潮。高超声速滑翔式飞行器气动性能评估是总体性能评估的基础,是决定高超声速滑翔式飞行器能否走上工程实际应用的关键技术之一。本文以高超声速滑翔式飞行器为研究对象,对与气动性能评估相关的技术进行了研究和探索,主要包括气动力数值计算与性能分析、气动热工程估算与性能分析、气动性能评估方法,初步建立了高超声速滑翔式飞行器的气动性能评估流程。在气动力数值计算与性能分析研究中,利用Fluent软件对类乘波体飞行器的气动力进行了数值模拟,并通过与试验数据对比验证了计算结果的准确性。以数值计算结果为基础,从纵向气动特性、横航向气动特性和耦合特性等方面对类乘波体飞行器的气动性能进行了分析。在气动热工程估算与性能分析研究中,建立了类乘波体飞行器的气动热工程估算模型,研究了驻点、前缘和表面等位置在不同流动状态下的气动热估算公式,基于片条理论和二维薄激波层理论建立了考虑真实气体效应和熵层效应的气动热工程估算方法。选取几种典型飞行状态对类乘波体机身的受热情况进行了计算和分析。在气动性能评估方法研究中,以气动力和气动热性能分析为基础,构建了高超声速滑翔式飞行器气动性能评估流程,建立了气动性能评估指标体系,研究了指标权重的确定方法和指标预处理技术,采用多级综合评估模型分别对类乘波体和升力体方案的气动性能进行了评估,并对评估结果进行了对比分析。本文工作对高超声速滑翔式飞行器气动性能评估问题的研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 高超声速滑翔式飞行器研究计划
• 1.1.2 高超声速滑翔式飞行器的特点
• 1.1.3 高超声速滑翔式飞行器气动性能评估的必要性
• 1.1.4 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高超声速气动力数值计算
• 1.2.2 高超声速气动热工程估算
• 1.2.3 高超声速滑翔式飞行器气动性能评估
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 高超声速滑翔式飞行器气动力数值计算与性能分析
• 2.1 数值计算方法
• 2.1.1 基本控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 初始条件与边界条件
• 2.1.4 计算网格
• 2.2 数值方法有效性验证
• 2.3 纵向气动特性
• 2.3.1 升阻特性
• 2.3.2 俯仰力矩特性
• 2.3.3 纵向操稳特性
• 2.4 横航向气动特性
• 2.4.1 基本特性
• 2.4.2 横向操稳特性
• 2.4.3 航向操稳特性
• 2.5 耦合特性分析
• 2.5.1 气动耦合特性
• 2.5.2 操纵耦合特性
• 2.6 本章小结
• 第三章 高超声速滑翔式飞行器气动热工程估算与性能分析
• 3.1 高超声速流动基本特征
• 3.2 气动热工程估算方法
• 3.2.1 驻点和表面热流计算
• 3.2.2 二维钝体无粘流场工程计算
• 3.2.3 边界层外缘熵计算
• 3.2.4 高温空气的热力学特性和输运特性
• 3.3 气动热计算结果分析
• 3.3.1 滑翔起始点气动热分析
• 3.3.2 滑翔段特征点气动热分析
• 3.3.3 俯冲段特征点气动热分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 高超声速滑翔式飞行器气动性能评估
• 4.1 气动性能评估流程
• 4.2 气动性能评估指标体系的建立
• 4.2.1 指标体系建立的原则
• 4.2.2 指标体系建立的方法
• 4.2.3 气动性能指标体系
• 4.3 气动性能评估指标权重的确定
• 4.3.1 指标权重的确定原则
• 4.3.2 指标权重的确定方法
• 4.3.3 综合专家意见的指标权重确定
• 4.3.4 气动性能指标权重
• 4.4 气动性能评估指标的预处理
• 4.4.1 定性指标的量化
• 4.4.2 定量指标的标准化
• 4.4.3 气动性能指标处理
• 4.5 气动性能评估模型
• 4.5.1 综合评估模型
• 4.5.2 多级综合评估模型
• 4.5.3 气动性能综合评估
• 4.5.4 评估结果分析
• 4.6 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果