高超声速飞行器气动热数值预示与在线辨识方法

论文摘要

高超声速飞行器研制中,对气动加热的研究是十分关键的。本文针对高超声速气动热环境,着重研究了气动热的数值预示方法和飞行试验中的在线辨识方法。本文首先对气动热的数值预示手段展开研究,详细介绍了气动热数值计算的流程与方法。应用数值仿真手段对典型外形的表面气动热进行计算,并与实验数据进行对比验证。然后研究了表面热流辨识技术,针对简单一维热传导,建立相应的辨识模型和算法,设计典型的热流加载形式进行仿真,并在考虑测量误差条件下对算法的抗噪性进行验证。针对三维热流辨识,在一维辨识基础上引入人工神经网络修正方案,设计算例验证了三维效应修正方法的有效性。考虑实际高超声速飞行中的复杂热流环境,开展流固耦合气动热环境辨识。分别针对钝头体和平板凸起物两个典型外形,通过流固耦合传热的非定常计算,得到结构表面的气动热变化和内壁温度变化,将热流辨识的方法应用于结构严重受热区域的气动热辨识。本文的仿真算例验证结果表明所建立的高超声速气动热数值预示方法和在线辨识模型算法是准确有效的,对于工程应用有一定的指导意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 气动热数值计算技术研究现状
•     1.2.2 表面热流辨识技术研究现状
•   1.3 论文主要研究内容
• 第2章 气动热数值预示方法
•   2.1 气体的分类
•   2.2 量热完全气体N-S方程
•     2.2.1 直角坐标系下的控制方程组
•     2.2.2 控制方程无量纲化
•     2.2.3 坐标变换
•   2.3 控制方程离散方法
•     2.3.1 时间项离散
•     2.3.2 无粘项离散
•     2.3.3 粘性项离散
•   2.4 初始边界条件
•     2.4.1 虚拟网格
•     2.4.2 边界条件
•     2.4.3 流场初始化
•   2.5 算例验证
•     2.5.1 二维圆柱算例
•     2.5.2 钝头双锥体算例
•     2.5.3 空天飞机模型算例
•   2.6 本章小结
• 第3章 表面热流辨识技术
•   3.1 热传导正问题
•     3.1.1 热传导方程及数值求解
•     3.1.2 正问题求解方法验证
•   3.2 一维表面热流辨识方法
•   3.3 一维表面热辨识验证算例
•   3.4 热流辨识的三维效应修正方法
•     3.4.1 人工神经网络（ANN）
•     3.4.2 三维效应修正算例
•   3.5 本章小结
• 第4章 高超声速飞行器流固耦合气动热环境辨识
•   4.1 流固耦合计算理论
•     4.1.1 强耦合与弱耦合
•     4.1.2 双向耦合与单向耦合
•     4.1.3 耦合面数据传递与网格映射
•   4.2 平板凸起物算例
•   4.3 简化飞机头部-钝头体算例
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 后续工作展望
• 参考文献
• 作者简历与主要研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘学浩

导师: 陈伟芳

关键词: 高超声速,气动热,数值计算,热流辨识,神经网络,流固耦合

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 浙江大学

分类号: V211

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000901

总页数: 79

文件大小: 5600K

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