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进气道的优化设计及无人机内外流场耦合计算

作　者: 郑勇
导　师: 杨青真
学　校: 西北工业大学
专　业: 工程热物理
关键词: 进气道流场 N-S方程非线性优化有限体积法复合形算法高空长航时无人机飞翼布局耦合流场计算
分类号: V211.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 353次
引　用: 1次
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内容摘要

现代飞行器如战斗机、巡航导弹等,对发动机的要求越来越高,而进气道对发动机的影响又很大,因此,通过合理地设计进气道,提高发动机的整体性能很具有现实意义。本文尝试采用气动优化设计方法进行进气道的设计。首先在网格生成方面,为保证快速地生成计算网格,采用了代数法生成三维结构网格;然后在流场计算方面,采用有限体积法求解Navier-Stokes方程组,湍流模型采用Baldwin-Lomax代数模型;在优化算法上采用一种直接搜索求解的非线性优化算法-复合形法;为使优化过程中模型易于控制,还采用了参数化样条曲线构造模型的部分控制线;构造了一套用于进气道的气动优化设计程序。采用这套优化设计程序对矩形进口的S型进气道进行了优化计算,通过优化计算得到的进气道性能比初始进气道的有很大改善。由于无人机的研究已成为飞行器研究的新热点,出于战略考虑的高空长航时无人机更是倍受关注。作为另外一部分,本文结合科研课题利用商业CFD软件FLUENT研究了飞翼布局的某型高空长航时无人机的绕流流场。首先,对设计修改前后的机翼和翼身融合体外流场进行了计算,比较了升力系数、阻力系数和力矩系数特性曲线的变化,从而证明了修改后机翼的总体气动性能有了很大的提高。其次,结合翼身融合体和进气道,耦合分析了飞翼和进气道的内外流场,分析比较了两者的相互影响。结果显示,增加了进气道后,融合体上下表面压力分布更加均匀,升力特性改善,力矩发生了一定的变化。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-16
  §1.1 飞机进气道概述  8-9
  §1.2 计算流体力学的发展现状  9-10
  §1.3 网格生成技术概述  10-12
  §1.4 气动设计领域的新趋势  12-13
  §1.5 气动布局的发展  13-14
  §1.6 本文工作内容  14-16
第二章进气道优化设计系统概述  16-20
  §2.1 优化系统介绍  16
  §2.2 优化问题的模型化  16-17
  §2.3 网格生成  17-20
第三章 N-S方程的求解  20-38
  §3.1 引言  20-21
  §3.2 控制方程  21-24
  §3.3 控制方程的有限体积法离散  24-32
    §3.3.1 控制方程的空间离散  24-30
    §3.3.2 边界条件  30-32
  §3.4 方程的求解和加速收敛技术  32-35
    §3.4.1 多步Runge-Kutta法求解  32-33
    §3.4.2 加速收敛技术  33-35
  §3.5 湍流模型  35-38
    §3.5.1 Baldwin-Lomax模型  35-36
    §3.5.2 涡量的计算  36-38
第四章数值优化方法  38-45
  §4.1 优化方法的基本概念  38-40
    §4.1.1 设计变量  38-39
    §4.1.2 约束条件  39-40
    §4.1.3 目标函数  40
  §4.2 复合形法  40-45
第五章进气道的优化计算  45-51
  §5.1 进气道型面造型  45-46
  §5.2 进气道的优化计算  46-48
  §5.3 进气道的优化算例  48-51
第六章飞翼布局无人机外流场分析  51-59
  §6.1 引言  51-52
  §6.2 计算方法描述  52-53
  §6.3 机翼的计算  53-55
  §6.4 翼身融合体的计算  55-57
  §6.5 小结  57-59
第七章飞翼布局无人机内外流场耦合计算  59-63
  §7.1 引言  59
  §7.2 计算模型  59-60
  §7.3 计算结果及分析  60-62
  §7.4 小结  62-63
第八章总结与展望  63-65
参考文献  65-69
附图  69-90
致谢  90-91
硕士期间发表的论文  91-92
西北工业大学业学位论文知识产权声明书  92
西北工业大学学位论文原创性声明  92

进气道的优化设计及无人机内外流场耦合计算

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