高超声速巡航飞行器推进系统建模与仿真

《高超声速巡航飞行器推进系统建模与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第28卷第1l期计算机仿真2011年11月文章编号：1006-9348(2011)11—0054-05高超声速巡航飞行器推进系统建模与仿真邢永刚。唐硕(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：关于飞行器控制优化设计问题，在高超声速巡航飞行器概念研究中涉及多学科设计优化。为了开发出快速预测推进系统性能的超燃冲压发动机模型是非常必要的。在飞行器机身一发动机一体化和Cowl—tO—tail气动一推进界面划分的基础上，分别建立了迸气道内压段、隔离段、燃烧室、尾喷管模型以及发动机总体性能模型。应用一维流分析方法进行了高超声速巡航飞行器推进系统性能分析。最后以某类

2、高超声速巡航飞行器为研究对象，进行了飞行器推进系统性能仿真。仿真结果表明建立的推进系统模型和使用的一维流分析方法用在飞行器概念研究阶段是可行、有效的．为优化飞行器推进稳定性控制提供参考。关键词：超燃冲压发动机；高超声速巡航飞行器；建模；仿真；推进系统中图分类号：V235．21文献标识码：AModelingandSimulationofPropulsionSystemforHypersonicCrniseVehicleXINGYong-gang，TANGShuo(CollegeOfAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniv

3、ersity，Xi’anShanxi710072，China)ABSTRACT：Toreducecomputationalcostinprocessofmuhidisciplinarydesignoptimizationforhypersoniccruisevehicleconcept，itisverynecessarytodevelopthescramjetenginemodeltorapidlypredictthepropulsionsystemperformance．Basedontheairframeintegrationwithscramjetengi

4、neandcowl-w-tailaero-propulsioninterfacesepa-ration，theinternalcompressionofinlet，isolator，combustionandnozzleaswellasoverallengineperformancehavebeenmodeled，respectively．One-dimensionalflowmethodWasutilizedtoanalyzetheperformanceofpropulsionsys—tern．Thenaqusi-waveriderhypersoniccrui

5、sevehicleWagusedtosimulatetheperformanceofpropulsionsystem．Theresultsofsimulationrevealthemodelsofpropulsionsystemandanalysismethodarefeasibleandefficientincon．ceptualdevelopmentofhypersoniccruisevehicle．KEYWORDS：Scramjetengine；Hypersoniccruisevehicle；Modeling；Simulation；Propulsionsy

6、stem1引言以吸气式超燃冲压发动机为动力的高超声速巡航飞行器不同于常规飞行器，其机身／发动机一体化特性使得气动／推进学科之间存在着强的耦合作用。此外，高超声速巡航飞行器推进系统包括气流的压缩、燃料的加注、燃气的混合、火焰的稳定、燃烧和膨胀等复杂过程，因此气动／推进学科之间的耦合以及超燃冲压发动机复杂的工作机理使得推进系统的建模变得复杂了。然而在高超声速巡航飞行器概念研究的多学科设计优化中，建立高精度的超燃冲压发动机在CFD模型和分析程序常常需要耗费昂贵的计算成本，并且也难于将CFD专业软件集成到MDO框架中，因此在飞行器的多学科设计优化收稿日期：2010—11

7、—19修回日期：200-12—16·-——54·-——中建立高精度的模型是不现实的。开发出能够快速分析和预测色行器推进系统模型和性能分析程序具有现实意义。在高超声速飞行器推进系统建模过程中，要解决的首先问题是气动／推进界面的划分，其次是推进系统的合理化建模。Sehmidt和Chavez在高超声速飞行器气动一推进／弹性建模中，前体／进气道气动分析采用了牛顿碰撞理论，整个机身下表面流场分析都进行了等熵和准一维假设，燃烧室被认为是具有热增的、准一维等面积管道，燃烧室中的工作流体被认为是比热比为常数的热完全气体⋯；Michael在Schmidt工作的基础上进行了高超声速

8、毪行器纵向动力学非线性模