[发明专利]一种基于全弹道航程的锥导乘波体优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于全弹道航程的锥导乘波体优化方法及系统，所述优化方法通过预先生成多个锥导乘波体，获得全部初始种群；根据所述锥导乘波体在全弹道滑翔过程中需要覆盖的飞行工况范围确定需要计算的具体飞行工况；基于确定的需要计算的所述锥导乘波体的具体飞行工况，计算每个飞行工况气动特性作为样本点，结合Kriging代理模型构建全飞行包线气动数据库；基于所述全飞行包线气动数据库求解纵向弹道动力学方程，获得每个锥导乘波体的航程；以航程为优化目标评估每个锥导乘波体的优劣。本发明提出的全弹道优化框架可以显著提高乘波体类高超声速滑翔飞行器的航程。

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，尤其涉及一种基于全弹道航程的锥导乘波体优化方法及系统。

背景技术

升阻比的高低决定着高超声速飞行器的航程能否满足任务要求。在高超声速条件下，飞行器将遭受极大的摩阻和波阻，升阻比提升十分困难，会面临难以逾越的“升阻比屏障”。目前，乘波体被认为是最有希望打破高超声速“升阻比屏障”的一种新型气动布局。

乘波体是一种通过反设计方法从已知的超声速流场中“刻”出来的气动外形。在基准流场中先给定一条飞行器的前缘线，然后通过流线追踪得到飞行器的下表面，上表面一般与自由来流平行。在无黏设计工况，飞行器下表面的流场在理论上和基准流场的对应部分完全相同，激波可以完全附着在前缘线处，阻止了下表面波后高压气体上溢，因而在小攻角即可获得较高升力，且升阻比比传统升力体外形更高。以锥形流场作为基准流场生成的乘波体被称为锥导乘波体。由于锥形流场存在解析解，锥导乘波体生成过程较为简单且具备一定的容积率，目前锥导乘波体在各类乘波体中被研究的最多，应用最为广泛。

在实际的高超声速滑翔飞行过程中，乘波体会经历很宽的速域和空域。目前，在国内外的乘波体优化过程中，都是基于备选弹道，选择特定的马赫数和飞行高度进行升阻比优化，即单设计点优化。对于乘波体飞行器，某一个工况气动性能最优并不能保证在其他工况的性能也为最优，这就意味着传统的单设计点优化最优构型并不能保证全弹道最优。

发明内容

本发明提供了一种基于航程的高超声速布局优化方法、系统，可以优化最优构型保证全弹道最优。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于全弹道航程的乘波体优化方法，所述优化方法包括：

预先生成多个锥导乘波体，获得全部初始种群；

根据所述锥导乘波体在全弹道滑翔过程中需要覆盖的飞行工况范围确定需要计算的具体飞行工况；

基于确定的需要计算的所述锥导乘波体的具体飞行工况，计算每个飞行工况气动特性作为样本点，结合Kriging代理模型构建全飞行包线气动数据库；

基于所述全飞行包线气动数据库求解纵向弹道动力学方程，获得每个锥导乘波体的航程；以航程为优化目标评估每个锥导乘波体的优劣。

作为一种可能实现的实施方式，所述预先生成多个锥导乘波体，获得全部初始种群包括：

给定前缘线参数设计空间，在设计空间内随机选取预设数量的前缘线初始参数组合：kw，φ，η；针对每个前缘线参数组合，生成锥导乘波体，获得全部初始种群。

作为一种可能实现的实施方式，采用全析因试验设计方法确定需要计算的样本，指定样本间隔。

作为一种可能实现的实施方式，所述基于确定的需要计算的所述锥导乘波体的具体飞行工况包括：

采用气动力模型来计算每个锥导乘波体在每个工况的气动特性。

作为一种可能实现的实施方式，所述纵向弹道动力学方程如下式：

其中，V表示速度，t表示时间，D表示阻力，L表示升力，m表示质量，g表示重力加速度，γ表示弹道倾角，r表示飞行器距离地心的距离，Re表示地球半径，s表示射程。

作为一种可能实现的实施方式，所述的优化方法还包括：