面向飞行器多学科设计优化的主模型技术

针对飞行器多学科设计优化对系统级建模的要求,提出了一种融合各学科模型的主模型建模技术.采用结构-行为-功能三组元描述了多学科设计的概念模型,并指出MDO建模所要解决的耦合问题.在此基础上,定义了多学科主模型.结合MDO的理论模型,建立了由系统结构模型、系统功能模型、学科结构视图和学科功能视图组成的主模型,采用三个转换模块在主模型内部解决多学科耦合问题.描述了基于CAD软件构建主模型的方法和步骤,并综合主模型、CAD、CAE、多学科优化、软件集成等技术,建立了多学科设计系统的构架.以高超声速飞行器为例,在CATIA环境中建立了包括:气动、发动机、弹道、结构、隐身、气动热/热保护系统等六个学科的主模型,初步验证了主模型技术在MDO问题中应用的可行性.     

Pro/E二次开发技术在导弹设计中的应用

为了提高导弹快速设计的效率以及降低设计人员的工作量,以VC++6.0为开发环境,充分利用Pro/E基于骨架模型的参数化建模、变量化和单一数据库等技术,研究基于Pro/TOOLKIT异步模式的Pro/E二次开发技术,实现了应用软件与Pro/E之间的数据通信以及数据共享,从而保证了飞行器的外形及其相关参数能够快速、自动地更新,进而驱动各个学科自动分析.最后通过工程实例,验证了该方法的有效性和系统的可行性,结果表明此方法是可行的.     

高超声速飞行器起飞质量的解析估算

基于火箭助推的发射方式,推导出弹道式飞行器、高超声速助推-滑翔飞行器及高超声速助推-巡航飞行器的起飞质量与航程、燃料比冲和载荷之间的解析关系,为总体设计初期快速估算飞行器起飞质量提供了方法。基于此,比较了3种飞行器的起飞质量载荷比。结果表明,助推-巡航飞行器性能最优,助推-滑翔飞行器性能居中,弹道式飞行器的性能最差。     

考虑温度大范围变化的瞬态热固耦合方法研究

针对传统瞬态热固耦合方法不能准确反映温度大范围变化时传热与结构变形之间的耦合效应,基于Galerkin与Newmark算法,建立了充分考虑温度大范围变化对耦合项影响的瞬态热固耦合有限元计算方法。通过求解铝质薄板在强热流作用下的热响应问题,校验了该方法的正确性,并利用该方法对某型高超声速飞行器进气道热防护面板进行了瞬态热固耦合分析。利用理论公式证明并通过分析算例得出结论：温度剧烈变化对热固耦合问题的计算结果影响十分显著;考虑温度剧烈变化的耦合项对结构的温度场影响较小,但会使温度变化率呈现震荡状态,耦合项对结构的位移、变形速度及变形加速度有显著影响,对结构的振动起到阻尼作用。     

一种改进的冲压发动机一维流分析模型

为了建立一种适用于冲压发动机的不依赖于实验数据的、可以实现多区域跨声速区稳定求解的一维流分析计算模型,通过对目前已有的各种冲压发动机一维流分析模型进行分类、总结和对比分析表明,依靠实验静压数据的一维模型难以满足实际性能计算的需要,去掉等压段假设并用摩擦项替代芯流经验公式是可行的,多区域跨声速区求解可以通过变量替换法实现。在此基础上,建立了一种改进的适用于冲压发动机的一维流快速计算模型,该算法不依赖于实验数据,可以实现多区域的跨声速区稳定求解。将算例结果与实验数据相比,总压误差在5.2%以内;与某模型的结果相比,总温相差1.3%,马赫数相差2.7%。新模型的结果在马赫数、静压、总压、总温等参数的计算上较准确,改进方法可方便快速地用于冲压发动机的性能计算。     

高超声速巡航导弹攻防对抗仿真研究

在当前日益复杂的作战环境下,有必要对高新技术导弹武器系统进行攻防对抗研究。针对攻防对抗这一复杂的动态过程,建立了高超声速巡航导弹攻防对抗仿真体系,并在此体系框架下,分别给出了作战环境模型、结果评判模型和进攻方与防御方的交战仿真模型。根据所建立的数学模型,计算出高超声速巡航导弹的突防概率与毁伤概率,最后得到高超声速巡航导弹的作战效能。仿真结果表明,减小高超声速巡航导弹的雷达反射截面积(RCS)和增大高超声速巡航导弹的巡航速度是提高其突防效能和作战效能的重要手段。     

全局灵敏性分析方法的研究

全局灵敏性分析是解决多学科优化中复杂耦合系统的重要方法,对全局灵敏性分析技术进行了论述,基于一阶模型,建立了二阶以及高阶导数模型,发展了全局敏感性计算方法。编制了基于梯度的优化算法,并与全局灵敏度方程（GSE）求得的导数信息融合,进行了实例应用。与多种优化方法进行了比较,证明了设计方法的可行性、优越性。     

一种基于径向基函数和峰值选择法的高效网格变形技术

基于径向基函数的网格变形方法因其具有诸多优点,而被广泛应用于气动外形优化设计等领域。对于大规模网格或复杂构型,该方法所需计算量是难以承受的。为了提高网格变形效率,可以通过减少建立插值模型所需支撑点数目来实现。为此,提出一种高效的选点算法--峰值选择法。该算法在选点过程的每个迭代步中对边界节点处的误差进行分析,从物面节点中选取多个峰值点来更新支撑点集,减少迭代步数,提高选点效率。在该算法的基础上,实现了网格的高效变形。三段翼型的网格变形算例证明：该方法可以在保证网格质量的同时实现复杂网格的变形。以DLR-F6复杂模型（约1 000万网格）的刚性运动和弹性大变形为算例对该方法的变形效率和变形后网格质量做了进一步评估：当相对误差设置为5.0×10^-7时,在保证变形后网格质量的前提下,该方法变形效率最快比传统贪婪算法提高了13倍,其中在选点效率方面最快提高了31倍。     

双模态超燃冲压发动机准一维流耦合方法与验证

为改善双模态超燃冲压发动机的耦合分析精度和计算周期过长问题,提出了一种基于准一维流的内流耦合分析方法,该方法适用于隔离段和双模态燃烧室的耦合求解,解决了亚燃模态下由于热壅塞而产生的背压问题,完成隔离段和燃烧室的流场匹配分析,得到双模态流场和火箭基组合循环发动机在亚燃和超燃模态下的沿程流动特性。研究结果表明:(1)相对于双模态超燃冲压发动机直连试验结果,亚燃模态下隔离段的分离点预测误差在1.4%~11.2%,流道峰值压强预测误差在15.6%~21.6%,流道沿程压强预测的平均误差在9.6%以内,在超燃模态下,峰值压强预测误差小于3.75%,峰值压强的位置预测误差小于2%。(2)相对于RBCC发动机一体化自由射流试验结果,分离点预测误差小于2.1%,流道沿程压强平均误差小于10.5%。对于双模态超燃冲压发动机,本文方法具有一定的可信度。     

基于Simulink的导弹控制系统参数优化设计

介绍了用Simulink对导弹控制系统进行设计和仿真的步骤和方法。以某导弹俯仰通道控制系统设计为例,应用最优化技术,通过建立被优化系统的数学模型和选择合适的最优化求解方法,利用Simulink Response Optim ization模块对导弹控制系统设计参数进行了优化设计。研究结果表明:设计出的导弹控制系统具有良好的动静态性能,很好地满足了战术技术要求,证明了应用计算机辅助优化设计技术可以在短时间内设计出性能优良的导弹控制系统。