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超声速客机低音爆布局反设计技术研究

航空学报 2011年第11期32卷 1980-1986页

作者：冯晓强李占科宋笔锋西北工业大学航空学院陕西西安710072

音爆已经成为限制民用飞机在陆地上空进行超声速飞行最关键的因素。降低超声速客机的音爆水平,使其能够在陆地上空超声速飞行,将会给超声速客机带来巨大的潜在市场。基于SGD(Seebass-George-Darden)方法,构建了相关的设计分析环境,对超... 详细信息

音爆已经成为限制民用飞机在陆地上空进行超声速飞行最关键的因素。降低超声速客机的音爆水平,使其能够在陆地上空超声速飞行,将会给超声速客机带来巨大的潜在市场。基于SGD(Seebass-George-Darden)方法,构建了相关的设计分析环境,对超声速客机低音爆布局的反设计技术作了研究分析,在此基础上首次提出了一种"梭式"布局静音超声速客机方案。计算分析表明,"梭式"布局较好地兼顾了低音爆的设计要求和气动的设计要求,升力面沿机身纵向均衡配置以及双S形前机身都有利于降低音爆,为新一代低音爆超声速客机的设计提供了有益的参考。

关键词：超声速客机音爆声波传播气动布局激波反设计

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超声速客机的发展现状及趋势分析

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2022年第4期 159-162页

作者：曹学伟向思思项欣怡中国航空研究院北京100029

超声速客机是一个国家工业水平的重要体现,尽管图-144、协和式飞机已经退役近30年,但世界上众多航空企业及组织依然为超声速客机的发展持续努力。本文介绍了超声速客机的发展历程、研究现状,并对超声速客机的发展趋势从技术、经济、政... 详细信息

超声速客机是一个国家工业水平的重要体现,尽管图-144、协和式飞机已经退役近30年,但世界上众多航空企业及组织依然为超声速客机的发展持续努力。本文介绍了超声速客机的发展历程、研究现状,并对超声速客机的发展趋势从技术、经济、政策等方面进行了分析,超声速客机的发展具备新的特点:(1)技术的发展有望促进美国联邦航空管理局(FAA)禁令的解除,迎来超声速客机发展的第二春;(2)超声速公务机或小型客机在长途洲际民航市场上率先出现,市场份额将持续扩大;(3)超声速客机的商用化运行任重而道远,需要在时间、技术等方面持续发力。

关键词：超声速客机发展历程趋势分析

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超声速客机多目标优化与不确定性分析研究

超声速客机多目标优化与不确定性分析研究

第六届中国航空科学技术大会

作者：罗骁宋超陈波刘红阳汤宇唐滔中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所

低声爆和高升阻比是未来超声速客机取得成功所必须解决的关键性问题之一。本文针对超声速客机的气动/声爆特性,将笛卡尔CFD求解器和基于Burgers方程开发的声爆预测程序结合,采用NSGA-II优化算法对超声速客机进行了气动/声爆优化设计研究... 详细信息

低声爆和高升阻比是未来超声速客机取得成功所必须解决的关键性问题之一。本文针对超声速客机的气动/声爆特性,将笛卡尔CFD求解器和基于Burgers方程开发的声爆预测程序结合,采用NSGA-II优化算法对超声速客机进行了气动/声爆优化设计研究,并对其进行了不确定性分析。优化结果显示机翼与机身外形耦合设计能够显著提升其综合性能,声爆特性与气动特性呈显著的非支配特性,优化后的气动外形相对于初始外形,当声爆值降低9.55%时,升阻比性能降低4.85%。此外,基于不确定性量化分析方法研究了飞行状态和机身机翼等设计变量对气动/声爆性能的影响。结果表明马赫数是气动/声爆性能影响最大的因素;超声速客机气动/声爆性能对机身机翼设计变量的敏感性基本相同。

关键词：超声速客机声爆笛卡尔网格不确定性优化设计多目标

来源： cnki会议评论

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双向飞翼超声速客机激波阻力和声爆研究

西北工业大学学报 2014年第4期32卷 517-522页

作者：李占科张旭冯晓强关晓辉西北工业大学航空学院陕西西安710072

基于超声速双向飞翼构型,采用CFD方法进行阻力计算,采用F-BOOM程序进行声爆计算,研究翼型、平面形状和EFCE激波阻力优化算法对双向飞翼激波阻力和声爆的影响。计算结果表明,平底构型可以明显降低双向飞翼超声速客机的超声速巡航的声爆,... 详细信息

基于超声速双向飞翼构型,采用CFD方法进行阻力计算,采用F-BOOM程序进行声爆计算,研究翼型、平面形状和EFCE激波阻力优化算法对双向飞翼激波阻力和声爆的影响。计算结果表明,平底构型可以明显降低双向飞翼超声速客机的超声速巡航的声爆,却很大程度上增加了巡航阻力,而对称构型却恰好相反;细长的平面几何形状对降低双向飞翼激波阻力和声爆都有作用,尤其对降低对称构型的声爆效果明显;EFCE激波阻力优化算法对降低双向飞翼激波阻力有明显作用,但同时会带来声爆方面的不利影响。因此,超声速客机的减阻设计和低声爆设计需要进行权衡研究。

关键词：超声速客机双向飞翼激波阻力声爆

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考虑声爆特性的超声速客机气动优化设计

西北工业大学学报 2020年第2期38卷 271-278页

作者：刘少伟白俊强余培汛陈保周伯霄西北工业大学航空学院陕西西安710072

提高巡航气动效率和降低声爆强度是超声速客机设计的关键。首先建立了基于RANS方程的近场CFD预测和基于波形参数法的远场预测相结合的高精度声爆评估方法,然后采用有限差分法求解声爆目标对设计变量的梯度,与由离散伴随方程法求解的气... 详细信息

提高巡航气动效率和降低声爆强度是超声速客机设计的关键。首先建立了基于RANS方程的近场CFD预测和基于波形参数法的远场预测相结合的高精度声爆评估方法,然后采用有限差分法求解声爆目标对设计变量的梯度,与由离散伴随方程法求解的气动目标函数的梯度进行组装,作为权重目标值的梯度,并耦合自由型面变形参数化技术、基于逆距离权重插值算法的网格变形技术和序列二次规划算法,搭建了考虑声爆特性的气动优化系统。对超声速公务机翼身组合体构型先后进行了考虑声爆的机头偏转气动优化设计和机翼精细化气动减阻优化设计,优化目标分别为声爆值和阻力系数的权重之和、超声速巡航点阻力系数。结果表明,优化后机头下偏削弱了头部向下传播的激波强度,从而减小了远场声爆最大过压值;机翼精细化设计后阻力减幅达9.5%,载荷内移,外翼段压差阻力减小,同时压力分布形态表现出逆压梯度减弱、压力恢复更加平缓的特征。气动声爆综合特性明显优于初始构型,验证了优化系统的有效性。

关键词：离散伴随方法超声速客机气动优化设计声爆波形参数法

涡轮冲压组合发动机在超声速客机上的应用方案研究

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推进技术 2020年第4期41卷 750-757页

作者：徐思远朱之丽刘振德薛永广北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京动力机械研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室北京100074

为研究涡轮冲压组合发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)在超声速客机上的配装可行性,以Ma4超声速客机典型飞行任务需求为牵引,采用飞/发一体化约束分析与任务分析方法,建立了Ma4客机/TBCC发动机的一体化设计模型,确定了满足宽... 详细信息

为研究涡轮冲压组合发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)在超声速客机上的配装可行性,以Ma4超声速客机典型飞行任务需求为牵引,采用飞/发一体化约束分析与任务分析方法,建立了Ma4客机/TBCC发动机的一体化设计模型,确定了满足宽范围机动性需求的起飞推重比和满足航程需求的飞机起飞重量,对比分析了起飞推重比、模态转换马赫数、爬升轨迹等因素对飞机任务特性的影响。研究结果表明,TBCC发动机可满足Ma4客机配装需求,满足Ma4客机典型任务剖面机动性需求的起飞推重比应在0.6以上,满足60人商载与4000km航程任务需求的飞机起飞总重在50t^60t量级。

关键词： TBCC发动机一体化设计超声速客机任务特性应用方案

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基于伴随方法的超声速客机机翼气动优化设计

西北工业大学学报 2017年第5期35卷 843-849页

作者：李立白俊强郭同彪傅子元陈颂西北工业大学航空学院陕西西安710072 湖北航天飞行器研究所湖北武汉430040

采用基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方程的离散伴随方法,针对超声速客机构型开展了气动减阻优化设计研究。将自由型面变形(FFD,free form deformation)参数化技术、基于逆距离权重插值算法(IDW:inverse distance weighting)的网格变形算法和基于序列二次规划算法(SQP:sequential quadratic programming)的梯度优化算法等进行组装,建立了一套基于梯度的气动优化设计系统。通过该系统对超声速客机机翼实现精细参数化并基于此添加考虑结构要求及容积要求的厚度约束,继而进行了以全机阻力最小为设计目标的气动优化设计研究。设计结果表明,全机阻力减幅达到5.7%,机翼的激波区域得到有效抑制、激波强度明显降低,并且中外翼段压力分布形态表现出前缘吸力峰值降低,逆压梯度减弱,压力恢复更加平缓的特征。

关键词：离散伴随方法超声速客机气动优化设计激波阻力压力分布

新一代环保型超声速客机气动相关关键技术与研究进展

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空气动力学学报 2019年第4期37卷 620-635页

作者：韩忠华乔建领丁玉临王刚宋笔锋宋文萍西北工业大学航空学院超声速客机研究中心西安710072 西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西安710072

更快的旅行速度是人类永恒的追求。虽然以"协和"号和"图144"为代表的第一代超声速客机商业运营失败,但之后人类从来就没有停止过对新一代更加环保的超声速客机的探索与研究。本文首先梳理总结了其中首要突破的四大关键技术(声爆预测及... 详细信息

更快的旅行速度是人类永恒的追求。虽然以"协和"号和"图144"为代表的第一代超声速客机商业运营失败,但之后人类从来就没有停止过对新一代更加环保的超声速客机的探索与研究。本文首先梳理总结了其中首要突破的四大关键技术(声爆预测及其抑制技术、超声速减阻技术、变循环发动机技术、低声爆低阻布局与综合优化设计技术),并对其国内外研究进展情况进行了文献综述,对研究现状进行了分析。其次,介绍了西北工业大学超声速客机研究中心在声爆预测理论与方法、声爆抑制技术、低声爆低阻布局与综合优化技术、超声速层流减阻技术等方面的研究进展。最后,针对发展新一代环保型超声速客机当前急需突破的关键科学与技术问题,探讨了未来需重点研究的方向。

关键词：超声速客机声爆预测声爆抑制层流减阻气动/声爆综合优化设计

基于广义Burgers方程的超声速客机远场声爆高精度预测方法

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空气动力学学报 2019年第4期37卷 663-674页

作者：乔建领韩忠华丁玉临池江波孟冠宇宋笔锋宋文萍西北工业大学航空学院超声速客机研究中心西安710072 西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所西安710072

声爆高精度预测技术是新一代环保型超声速客机设计的核心关键技术之一。基于广义Burgers方程发展了可考虑"大气风"效应的远场高精度预测方法,开发了声爆预测程序"bBoom",并研究了近场声爆信号提取位置和"大气风"对远场声爆计算结果的影... 详细信息

声爆高精度预测技术是新一代环保型超声速客机设计的核心关键技术之一。基于广义Burgers方程发展了可考虑"大气风"效应的远场高精度预测方法,开发了声爆预测程序"bBoom",并研究了近场声爆信号提取位置和"大气风"对远场声爆计算结果的影响。首先,给出了广义Burgers方程和声爆传播射线的计算方法,重点讨论了方程中计算分子弛豫效应和热黏吸收效应的关键参数。其次,通过简单轴对称构型标模算例、NASA的C25D构型和洛马的LM1021构型等复杂超声速客机算例对所发展的方法进行了验证,表明本文发展的方法在预测远场声爆时具有较高可信度。最后,基于所发展的方法对比了由不同近场提取位置传播到地面的波形,研究了飞机向不同方向飞行时,"大气风"对地面声爆强度和地面影响域的影响。结果表明:对于类C25D标模构型,为了确保远场声爆预测结果具有较高精度,应取机身下方约3倍机身长度位置处的近场压强信号作为传播方程的输入;另外,"大气风"会影响地面声爆强度及地面影响域,在预测时有必要加以考虑。

关键词：超声速客机声爆预测广义Burgers方程声射线方法大气风