导流锥结构参数对燃气弹射筒内压力冲击平滑效果影响研究

针对导流锥结构参数对内弹道流场耦合影响问题,基于动态分层动网格技术,构建了含导弹运动和二次燃烧的内弹道数值模型,并验证了模型可靠性。解耦分析了导流锥半径、高度及冲击高度对内弹道流场特性和载荷的影响。结果表明：导流锥的结构直接决定燃气飞溅现象的产生和流场结构的紊乱程度,导流锥的半径、高度和冲击高度的改变会对燃气反射点的位置、二次燃烧的区域以及剧烈程度产生影响;结构优化后的导流锥,较大程度地缓解了冲击现象,获得了较好的平滑效果,筒底压力较实验装置降低了24.5%。     

导弹弹射机构的建模及优化设计

建立了某导弹弹射机构的运动学和多体动力学数学模型,用机械等效动力学方法对机构进行分析.根据经典优化理论,在MATLAB中编写优化程序,对机构进行优化设计,从而获得符合设计要求的机构的最佳几何尺寸和气缸力.     

旁泄间隙对燃气弹射内弹道特性影响

为了研究旁泄间隙（发射筒与隔板的间隙）对燃气弹射内外流场及内弹道特性参数的影响,采用Realizableκ-ε湍流模型,结合动态分层动网格及用户自定义函数（user defined function,UDF）技术,对燃气弹射过程进行了数值模拟,分析了旁泄间隙大小对燃气弹射性能的影响,并进行了地面发射试验。通过与试验数据对比,验证了燃气弹射仿真模型的有效性。仿真结果表明,在旁泄间隙出口附近形成明显漩涡,旁泄间隙的增大会导致低压室压力与加速度峰值减小,并使试验弹出筒时间延长、出筒速度降低,但变化趋势呈现非线性特征。旁泄间隙从2 mm增大到6 mm时,出筒时间延长7.7%,出筒速度降低16.3%,可认为在此范围内旁泄间隙的影响幅度相对较小;但此后旁泄间隙的影响会显著增强,当旁泄间隙从6 mm增大到8 mm时,出筒时间延长20%,出筒速度降低35.8%,当旁泄间隙增大到10 mm时,试验弹到筒口速度甚至降为0 m/s。本文研究结果为燃气弹射装置的设计与优化提供参考借鉴。     

低温燃气弹射内弹道影响因素的数值研究

针对某低温燃气式弹射装置,建立简化二次燃烧物理模型,采用重整化群k-ε湍流模型模拟流场流动、以有限速率/涡耗散燃烧模型模拟气相燃烧、以域动分层法动网格更新技术模拟导弹运动,数值分析得到了发射筒内载荷与内弹道特性.结果表明:在满足内弹道设计要求的条件下,燃气发生器喷管入口总温包络区间为0.538~1.231,且随着总温的增加,二次反应时间和导弹出筒时间减小,导弹出筒速度增加;发射筒内氧气质量分数包络区间为0.07~0.30,且随着氧气质量分数的增加,二次反应发生时间和导弹出筒时间提前,导弹出筒速度增加.研究结果可为低温燃气式弹射内弹道分析和结构设计提供理论基础.      

基于导弹压力冲击平滑的燃气弹射装置环形腔结构参数次序优化

针对导弹低燃温弹射压力双波峰冲击的问题,建立了含二次燃烧和尾罩运动的二维轴对称数值模型,在与实验数据对比的基础上验证了模型可靠性。研究了环形腔平滑弹底压力曲线的流场机理,解耦分析了其结构参数对压力冲击平滑效果的影响,并提出了次序优化的思路。数值结果表明:环形腔能有效阻挡燃气向上扩散且腔内具有存储氧气的功能,使二次燃烧沿时间维度展开,从而平滑弹底压力冲击;在由初容室空间几何约束确立环形腔布置高度和环形半径后,以长度作为调控弹底压力曲线的主要结构参数,收缩或扩张角度作为微调的结构参数,可使压力曲线逼近理想设计曲线;布置优化后的环形腔,加速度峰值减小9.26%,出筒速度减小4.13%,出筒时间延长2.5%。     

基于Kriging模型的翼型多目标气动优化设计研究

在翼型气动优化设计中引入Kriging代理模型,发展了一套高效、稳定的气动优化设计程序。采用拉丁超立方试验设计方法在设计空间内构造一系列样本点,通过求解二维可压缩的雷诺平均NS方程（RANS）得到其响应值来建立初始Kriging模型。优化设计采用Hicks-henne函数对翼型几何外形进行参数化表示,以阻力极小化为设计目标,考虑面积、升力、力矩等约束条件,通过算例证明,发展的优化设计方法不仅可行,而且具有高效稳定的特性。与传统的优化设计方法比较,大大减少了设计时间。     

富氢/富氧燃气气-气多喷嘴正交优化设计与分析

基于正交设计研究了各设计参数对富氢/富氧燃气气-气多喷嘴推力室燃烧位置、壁面温度及喷注面板温度的影响趋势和影响程度.方差分析和极差分析结果表明:燃氧速度比是影响燃烧长度和壁面温度的主要因素,较小的氧喷嘴出口厚度有利于降低喷注面板温度,但各因素的交互作用对不同设计目标影响程度差异较大;多目标响应面分析表明:低的氧喷嘴压降,高的燃氧速度比和适当的氧喷嘴厚度能使发动机达到更好的均衡性能.      

高超声速轴对称进气道多目标优化设计

以高超声速轴对称进气道为研究对象,对进气道型面进行参数化设计,选取一般二次曲线饱和度、一般二次曲线控制线、过渡圆弧半径、喉道拐角、喉道等直段长高比、中心线控制参数、当量锥角7个参数作为设计变量对进气道进行了多目标优化设计。设计过程中,利用正交试验设计方法确定初始样本点,建立进气道在设计点下总压恢复系数、出口畸变两个优化目标与设计参数之间的Kriging代理模型,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对代理模型进行分析求解。结果表明:进气道型面在经过多目标优化设计后,在设计点下进气道总压恢复性能提升2.63%,出口畸变指数减小27.57%。     

高升阻比自然层流翼型多点/多目标优化设计

研究并发展了一套进行高升阻比自然层流翼型多设计点/多设计目标的优化设计方法。为减少设计中的计算量,使用了XFOIL程序进行流场计算。使用基于响应面方法的优化方法进行最优化计算,并使用了不含二阶交叉项的二阶多项式模型作为响应面模型,大大减少了构造模型所需的试验次数,使进行更多设计变量和多点设计成为可能。试验点的选择满足D-优化准则。研究了设计点及目标函数的选择,进行了单点/单目标及多点/多目标的设计,结果表明:多点/多目标设计可以很好的改善单点设计中非设计点性能变差的缺点,设计结果有工程实用价值。     

超燃冲压发动机可调尾喷管多目标优化设计

针对超燃冲压发动机宽马赫数、攻角范围内高性能工作要求,建立了基于试验设计方法和代理模型的可调尾喷管多目标优化设计方法,获得了尾喷管结构随马赫数和攻角变化的调节规律.以推力系数、升力系数和力矩系数为优化目标,以三次型线尾喷管为对象,采用遗传算法优化设计,得到Pareto最优解集;以一组Pareto最优解为基准在不同马赫数和攻角下进行尾喷管变结构设计优化,拟合得到尾喷管结构随马赫数和攻角的变化曲线.仿真结果显示了理论分析的正确性,并发现:变结构设计实现了尾喷管大范围高性能工作;尾喷管性能和几何参数,飞行状态参数均高度非线性,任一个改变都会影响其性能;采用试验设计方法和代理模型,能大大缩小优化设计时间,简化设计过程.     

洲际弹道导弹大气层外弹道设计

为了克服洲际导弹弹道常规设计方案的缺点,提高快速性,提出了一种新的弹道方案:弹头在大气层外飞行时,增添加速环绕段和下降段。通过比较传统方案和新方案的仿真结果,总结了新方案的优缺点。     

弹道导弹弹道设计的一种快速迭代方法

提供了弹道导弹弹道设计的一种快速迭代方法和模型。这种方法与惯用迭代方法相比,其优点是将落地点射程偏差和方位角偏差的二元迭代分解成两个一元迭代,这样不仅可大大提高弹道迭代的收敛速度,而且可以满足任何需求的迭代精度指标。大量仿真结果验证了这种方法的有效性。     

高密度内埋空空导弹战斗部优化设计

空空导弹破片战斗部对空中运动目标的单发杀伤概率模型存在不足,精确计算其单发杀伤概率,并对导弹战斗部主要参数进行优化设计,对战斗部的总体设计和提高战斗部效能具有重要意义。在分析战斗机要害部位特性的基础上,根据战斗部对运动目标的杀伤机理,分别建立单枚破片对目标的击穿模型、引燃模型和冲击波杀伤模型;基于所建立的战斗部条件杀伤概率模型,采用多指标单目标粒子群优化算法对战斗部的装填系数、破片数量、单枚破片质量、破片静态飞散角和破片静态飞散方向角五个主要参数进行优化设计。结果表明:优化不仅改善了高密度内埋空空导弹单发杀伤效能,而且减小了战斗部的质量。研究结果可为新型战斗部设计提供参考。     

浅析弹道导弹突防导弹防御系统

根据美国导弹防御系统（NMD）的防御特点，对弹道导弹突防的战略技术进行简要评估，分析了弹道导弹突防采用不同弹头、释放有源或无源干扰物、隐身和反探测、助推段机动及旋转导弹等技术。     

弹道导弹的推力矢量控制系统设计

针对弹道导弹推力矢量控制系统的快速性和鲁棒性要求,采用变结构控制方法设计了三通道的推力矢量控制系统。建立了弹道导弹三通道姿态运动的动力学模型,将通道间的耦合项及外界干扰作为不确定项,采用了变结构控制方法进行补偿,并采用了自适应算法来更新变结构控制参数,对不确定项的上界进行估计,从而提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的推力矢量控制系统具有很好的控制效果。     

弹道导弹零射程线及其应用

在考虑地球自转的情况下,建立了由关机点参数计算落点位置和纵程、横程的解析模型,而后利用求差法计算偏导数.弹道导弹末修级标准程序设计、多头分导程序设计与固体弹道导弹耗尽关机制导等应用算例表明,该方法具有很高的精度和应用价值.     

燃油离心泵多目标优化设计及仿真分析

针对燃油离心泵高效、高抗汽蚀的优化设计问题,进行了基于损失模型和SQP(Sequen?tial Quadratic Programming)算法的多目标优化设计及仿真研究.建立表征叶轮和蜗壳等水力、容积和机械各效率的综合损失模型,并利用必需汽蚀余量来表征汽蚀特性.利用SQP算法构造合理的适应度函数,建立离心泵多目标优化...     

亚声速无人机S弯进气道的多点多目标优化设计

为提高亚声速无隔道式S弯进气道的整体气动性能,本文以提高总压恢复系数和降低畸变指数为设计目标,结合高精度数值模拟方法与第二代非劣排序遗传算法（NSGA-II）,开展了无隔道式S弯进气道在马赫数0.25和0.7时的多目标优化设计。整个优化流程基于400个样本,最终得到四幅有效Pareto前沿图。从总压畸变Pareto前沿图中选取出优化算例并与原始进气道进行对比,结果表明：优化后的进气道中心线斜率入口段小、出口段大,而横截面面积分布的曲线斜率恰好相反;优化后的进气道低压区缩小、流动分离得到有效的控制;虽然总压恢复系数提高有限,但是总压畸变得到大幅降低,在马赫数为0.25和0.7时,分别降低15.86%和23.61%。优化后的进气道在马赫数0.25~0.7范围内的整体性能得到有效改善。本文把优化设计方法进一步推广应用于3个马赫数下的多点多目标优化设计,并得到了三维Pareto前沿图。     

基于遗传算法的翼型多目标气动优化设计

采用遗传算法实现了单/多目标情况下NACA0012翼型的气动优化设计。绕翼型的外部无粘流场解采用基于非结构网格的显式时间推进Jameson有限体积方法。遗传算法采用二进制编码,通过外部调用流场解算器对种群适应度函数进行评估。为提高计算效率,使用了动弹网格技术以及使得优化程序可以从任一进化代继续计算的中间进化结果存储技术。优化参数为翼型气动型面,分别以给定来流条件下的升力系数、阻力系数作为优化目标进行了单目标优化设计,并以此为基础,结合博弈论中的Nash博弈,实现了升力系数和阻力系数的多目标优化设计,得到了优化结果。分析表明,该方法具有较高的计算效率,能够给出更优的翼型气动性能,具有一定的实际工程应用前景。