高超聲速飛行器氣動力熱多學科耦合優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著高超聲速飛行器飛行速度的提高，其升阻比和氣動熱的矛盾越來越突出。如何尋找一種合適的設(shè)計方法來折中這種矛盾，變得越來越重要。目前，MDO設(shè)計方法已經(jīng)成為解決這類矛盾的主要手段。傳統(tǒng)的高超聲速飛行器設(shè)計是基于隔離解耦的設(shè)計模式，各個專業(yè)分工相對獨立，設(shè)計人員選擇不同的學科重點對飛行器進行設(shè)計和優(yōu)化，這種方法雖然能夠解決部分的設(shè)計工作，滿足一定的設(shè)計要求；但由于設(shè)計過程中忽略各學科性能與參數(shù)之間的耦合作用，會造成設(shè)計余量的浪費，甚至在固定

2、的約束下，設(shè)計不出滿足要求的結(jié)果。本文根據(jù)遺傳算法原理和Pareto最優(yōu)解的定義，構(gòu)造了基于Pareto陣面的多目標遺傳優(yōu)化算法。由于優(yōu)化過程中牽涉到偏微分方程求解和大種群迭代會造成計算成本劇增的缺點，又構(gòu)造了基于多項式響應(yīng)面和Kriging響應(yīng)面的氣動力熱數(shù)值代理模型。并根據(jù)美國X-33航天飛機的外形，構(gòu)造了類X-33升力體布局的飛行器。確定了以機翼作為優(yōu)化對象，機翼外露半展長、后掠角、機翼前緣直徑為優(yōu)化參數(shù)，升阻比和機翼前緣熱流密度