组合动力飞行器多学科设计优化方法

本书从几何参数化建模、动力建模、弹道建模、气动建模、质量建模等各个方面详述了组合动力飞行器多学科设计优化方法，结合两层系统集成优化策略，获取到综合性能较优的飞行器总体方案；建立了耦合RBCC推进系统和宽速域飞行器气动外形的组合动力飞行器总体方案，可为高超声速飞机的工程化提供技术保障。本书学科模型的建立更加精细、准确、系统，与公开文献的试验数据进行了充分对比验证，可为高超声速飞机总体设计提供参考。本书可作为航空航天相关专业科研人员和工程技术人员的参考书。也可作为从事高超声速飞行器总体设计技术研究教师和研究生的参考书。

丛书序
前言
英文缩写表
第1章绪论1
1.1研究背景与意义/1
1.2组合动力飞行器研究概况/4
1.2.1组合动力飞行器气动外形/4
1.2.2吸气式冲压发动机/6
1.2.3组合动力飞行器弹道设计与优化/10
1.3多学科设计优化方法研究概况/13
1.3.1MDO模型/13
1.3.2MDO策略/14
1.3.3基于代理模型的优化/16
1.4研究内容与框架/18
第2章组合动力飞行器设计中的研究方法与验证21
2.1数值方法与验证/21
2.1.1三维低速外流数值方法与验证/21
2.1.2三维跨声速外流数值方法与验证/28
2.1.3三维高超声速外流数值方法与验证/30
2.1.4超声速内流数值方法与验证/32
2.2气动性能工程估算方法/36
2.2.1高超声速工程估算方法/36
2.2.2面元划分与法向量确定/39
2.2.3算例验证/41
2.3试验设计与数据分析/42
2.3.1OED问题定义/42
2.3.2极差分析/44
2.3.3方差分析/45
2.4代理模型及加点方法的实现及验证/46
2.4.1Kriging模型原理/46
2.4.2函数验证/47
2.4.3优选MSPE加点方法/49
2.4.4Kriging模型的工程应用/51
2.5小结/52
第3章参数化建模方法研究与比较53
3.1二维参数化建模方法在翼型设计中的应用/53
3.1.1B样条方法/53
3.1.2CST方法/56
3.1.3SVD正交分解方法/59
3.1.4PARSEC方法/61
3.1.5HicksHenne方法/63
3.2二维参数化建模方法的比较/63
3.2.1基函数对比/63
3.2.2翼型拟合能力对比/65
3.3三维参数化建模方法/67
3.3.1三维CST方法/67
3.3.2FFD方法/68
3.3.3FFD方法应用实例/69
3.4小结/73
第4章RBCC发动机热力学模型建立与分析75
4.1RBCC发动机理想模型/75
4.2RBCC发动机性能分析/77
4.2.1引射模态/78
4.2.2冲压模态/82
4.2.3超燃冲压模态/83
4.2.4火箭模态/83
4.3算例验证/84
4.4RBCC发动机性能参数化研究/87
4.4.1工作高度对发动机性能的影响/88
4.4.2发动机尺寸的影响/89
4.4.3发动机内部截面比例的影响/90
4.5小结/91
第5章组合动力飞行器弹道设计92
5.1弹道方程/92
5.2以RBCC发动机为动力系统的等动压上升弹道设计/93
5.2.1起飞质量的影响/95
5.2.2发动机尺寸的影响/98
5.2.3飞行动压的影响/99
5.2.4具有实际意义的宽速域弹道分析/101
5.3有动力再入弹道设计/103
5.4弹道优化/106
5.4.1Radau伪谱法/106
5.4.2爬升弹道优化/106
5.4.3再入弹道优化/107
5.5小结/110
第6章组合动力飞行器气动外形设计研究112
6.1基于锥导乘波理论的宽速域滑翔飞行器设计方法/112
6.1.1锥导乘波体设计方法/113
6.1.2等激波角宽速域乘波设计方法/115
6.1.3等激波角宽速域乘波飞行器控制参数/116
6.2吻切锥变马赫数宽速域乘波飞行器设计方法/117
6.2.1设计方法/117
6.2.2设计参数选取/121
6.2.3设计方法验证/121
6.2.4高速气动性能分析/123
6.3吻切锥涡升宽速域乘波飞行器设计方法/129
6.3.1设计方法/129
6.3.2设计参数选取/134
6.3.3设计方法验证/135
6.3.4高速气动性能分析/136
6.3.5低速气动性能分析/147
6.4宽速域滑翔飞行器与乘波体性能比较/150
6.4.1研究模型/150
6.4.2气动性能分析方法/153
6.4.3气动性能比较/153
6.5基于锥导理论的吸气式巡航飞行器设计方法/157
6.5.1设计思路/158
6.5.2参数化设计方法/159
6.6吸气式巡航飞行器性能分析/161
6.6.1性能分析方法/161
6.6.2仿真结果与气动性能分析/162
6.6.3构型设计参数对性能的影响分析/167
6.7小结/173
第7章组合动力飞行器多学科设计优化研究175
7.1MDO方法的实现/175
7.1.1变量定义/175
7.1.2MDO方法与实现过程/176
7.2飞行器学科分析模型/176
7.2.1几何分析模型/176
7.2.2气动分析模型/180
7.2.3推进系统模型/182
7.2.4质量分析模型/184
7.2.5弹道性能模型/186
7.3组合动力飞行器MDO框架/186
7.4组合动力飞行器MDO实现与分析/188
7.4.1模型初始化MDA分析/188
7.4.2MDO过程和结果/190
7.4.3优化构型性能分析/194
7.5小结/196
参考文献198
附录DOE分析支撑数据213