双旁侧进气高超声速飞机概念设计与评估

要本文提出了一种旁侧进气翼身融合体布局一体化气动构型，并首次提出了一种基于双乘波体旋转对拼的前体设计方案．在全参数化构型设计的基础上，以数值模拟为评估手段，给定不同设计参数对前体进行了分析，结果表明在获得良好容积和升阻性能的同时，利用左右乘波面作为进气道的外压缩面，可保证进气道入口截面处具有较好的流场均匀性和来流捕获量．进而针对幂曲线、余弦曲线等4种典型的翼前缘形状，开展了整机数值分析．计算结果证明了飞行器的高升阻比优势，同时也发现由于机体／机翼的耦合作用，小攻角飞行状态下机翼前缘可以捕获机体压缩产生的部分高压，故在0°和4°攻角条件下，4种构型的升阻比呈现完全不同大小排列顺序．这一结果也为后续的优化设计提供了方向，即前缘形线的合理选择应可进一步提高飞行器的升阻比．     

三维后体/尾喷管一体化构型优化设计及性能分析

针对高超声速飞行器后体/尾喷管一体化构型,以飞行马赫数6.5,飞行高度25km为设计条件,综合使用二维型线优化和三维关键参数优化,对构型的升/推力性能进行了优化设计.首先基于二维型线,采用三次B样条曲线对上膨胀面型线进行参数化,计算流体动力学(CFD)进行性能评估,序列二次规划(SQP)方法作为优化方法,建立了优化设计流程,在优化迭代中利用局部网格重构技术提高计算效率.在二维优化的基础上设计了三维后体/尾喷管一体化构型,获得了下膨胀面/后体长度比l/L、下膨胀面倾角ω、出口高度/后体长度比H/L及等关键参数对一体化构型升力、推力等性能参数的影响规律.研究发现在此条件下,当l/L=1/6,H/L=0.35,ω=10°时,后体/尾喷管一体化构型的综合性能最优.此外,加装侧板可以有效防止侧向的高压泄露,有助于提升飞行器的升力和推力性能.     

高速飞行器高压捕获翼气动布局概念研究

针对高速飞行器大容积、高升力、低阻力和高升阻比设计需求,本文首次提出一种带有高压捕获翼的新型气动布局概念.与传统升力体或乘波布局比较,该布局的主要特点为在飞行器机体背风面增加了与来流方向平行的曲面翼,称之为高压捕获翼.在高速巡航飞行条件下,通过合理的配置,高压捕获翼可以捕获来流经机体上壁面压缩后形成的高压区,利用捕获翼上下表面形成的大压力差使飞行器的升力获得大幅补偿.同时飞行器的升阻比可获得大幅提升.此外,当飞行器容积及重量增加时,其上壁面压缩增强,可使捕获翼的升力进一步增大,从而实现升力与重力的自补偿效果.几个概念实例计算结果均表明,增加高压捕获翼后飞行器的升力可大幅提升达30%以上,升阻比提升一般可达20%以上.