随着运载火箭研发模式转变,快速迭代和协同优化设计成为主要发展方向,这就要求作为小回路论证中重要一环的气动特性计算能够实现在线输出数据,亟需研究一种快速计算气动特性的代理模型,代替耗时的CFD计算和风洞试验参与到总体优化设计中。综合比较多种快速计算途径,选择高斯基Kriging插值和BP神经网络两种方法构建代理模型。使用脚本控制的Cart3D软件生成数值试验样本,样本点精度与Fluent软件计算误差小于14%。通过样本点训练、内参优化和加点策略,最终获得相对误差小于10%的代理模型,能够实现给定外形参数在线秒级输出气动数据,极大地推动了气动计算在总体论证中的作用。

由于风机模拟器(wind turbine simulator,WTS)一般采用简化气动模型(即Cp-λ-β曲面)模拟风轮的气动特性。这不仅会影响气动转矩的计算准确性,而且无法再现大型风机具有的气动-弹性耦合特性。为此,针对美国国家可再生能源实验室(NREL)开发的开源风机仿真软件FAST(fatigue,aerodynamics,structures,and turbulence),剖析了其运行原理和程序结构,在此基础上将FAST中的气动计算代码提取、封装,并结合WTS的实测转速信号,在WTS上实现了基于FAST代码的风轮气动-弹性耦合模拟。这使得WTS能够更加逼真地输出风轮气动转矩,而且可以提供更丰富的气动载荷数据。NREL CART-3600 k W风机的动模实验表明,移植FAST代码的WTS能够实现更真实、全面的气动模拟效果。

由于腹部进气布局导弹进气道和弹体内外流相互干扰,使得此类导弹的气动性能难以计算。为解决初步设计阶段此类导弹的气动计算问题,文中以DATCOM程序为基础,以CFD数值模拟为依据,采用部件组拆方法,发展了一种腹部进气布局导弹的气动力快速估算方法。结果显示,该方法计算速度快、适应性好、精度高,在吸气式导弹初步设计中具有较高的应用价值。

某通航飞机由于任务需要加装 3 个吊舱,吊舱分别位于机腹和机身两侧。加装吊舱对飞机的气动外形影响较大, 必须对改装工作进行气动评估。本文简述了飞机加装吊舱的方案,针对方案进行了数值模拟,计算了飞机加装吊舱前后气动 力的变化。在此基础上利用缩比模型进行了风洞试验,记录并分析了风洞试验的结果,进一步明确了加装吊舱带来的气动影响, 证明了吊舱加装方案安全可行,为日后飞机改装气动评估提供了依据。本次改装可以作为以后飞机改装时气动布局的借鉴。

针对一种微小型制导弹药结合气动计算和基于加速度计的弹体攻角估算方法,进行了攻角辨识研究。建立了气动模型,计算得到制导弹药典型飞行条件下的气动与平衡攻角数据。利用气动力特征建立了一种攻角辨识模型,提出一种弹上惯性测量单元(IMU)硬件布局方案。结合试验数据,给出了制导弹药的攻角辨识结果。与仿真结果的对比分析表明,基于飞行试验数据的攻角辨识结果与气动仿真结果较为一致,证明所提出的攻角辨识方法合理可行。