激波针气动特性及外形参数优化研究

doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2016.08.011

兵工学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (8): 1415-1420.doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.08.011

激波针气动特性及外形参数优化研究

李永红，高川，唐新武

(中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，四川绵阳 621000)

收稿日期:2016-01-06 修回日期:2016-01-06 上线日期:2016-09-30
作者简介:李永红(1986—)男工程师

Drag Reduction Characteristics and Design Optimization of Spikes

LI Yong-hong， GAO Chuan， TANG Xin-wu

(High Speed Aerodynamic Institute, China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, Sichuan，China)

Received:2016-01-06 Revised:2016-01-06 Online:2016-09-30

摘要/Abstract

摘要： 采用钝头体的飞行器在超声速特别是高超声速条件下，其前缘会形成头部弓形激波，进而带来较大的波阻，严重影响飞行器的气动性能。相关研究表明，在高超声速条件下，钝前缘安装激波针可以将激波推离物面，从而减小头部表面压力，是减小超声速钝体阻力的有效方法，但在超声速，特别是一些巡航速度不高（马赫数Ma=1.5左右）的导弹中，为满足射程等相关要求，对激波针减阻的使用价值还有待进行验证。为了研究激波针在Ma=1.5条件下对轴对称钝锥外形气动特性的影响，通过数值模拟方法对比了不同形状激波针在Ma=1.5条件下的减阻效果，分析了减阻机理及外形参数影响；通过基于Kriging和遗传算法相结合的优化方法对主要外形参数进行了优化设计，给出了减阻效果较好的激波针外形参数选取范围，对工程应用具有一定的借鉴意义。

关键词: 兵器科学与技术, 激波针, 阻力特性, 激波, Kriging模型, 优化

Abstract: Taking into account the configuration or aerodynamic heating, most hypersonic flight vehicles have to use the blunt-nosed body. A strong bow shock forms ahead of the blunt nose to introduce a rather high shock drag in supersonic flow，especially in hypersonic flow，that affects the aerodynamic performance of the vehicles seriously. A spike mounted on a blunt-noised body pushes the strong bow shock away from the body surface, which forms recirculation flow with low pressure ahead of the body surface, and then decreases the drag. The drag reduction effects of spikes in high supersonic and hypersonic flows are validated through experimental and numerical methods. In order to analyze the influence of spike on aerodynamic characteristics of blunt-nosed body in supersonic(Ma=1.5) flow, the numerical studies are carried out. The design optimization of spike shape is carried out based on Kriging model and genetic algorithm.

Key words: ordnance science and technology, spike, drag characteristic, shock wave, Kriging model, optimization

中图分类号:

V211.3

李永红，高川，唐新武. 激波针气动特性及外形参数优化研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(8): 1415-1420.

LI Yong-hong， GAO Chuan， TANG Xin-wu. Drag Reduction Characteristics and Design Optimization of Spikes[J]. Acta Armamentarii, 2016, 37(8): 1415-1420.

参考文献

［1］ Asif M, Zahir S, Kamran N, et al. Computational investigations

aerodynamic forces at supersonic/hypersonic flow past a blunt body with various forward facing spikes, AIAA-2004-5189 ［R］. Reston, VA, US: AIAA, 2004.
［2］ Srulijes J, Gnemmi P, Runne K, et al. High-pressure shock tunnel experiment and CFD calculations on spike-tipped blunt bodies, AIAA-2002-2918 ［R］. Reston, VA, US:AIAA,2002.
［3］姜维. 高超声速飞行器减阻杆气动特性研究［D］. 长沙：国防科学技术大学, 2012:42-45.
JIANG Wei. Investigations on aerodynamics of a spike-tipped hypersonic vehicle［D］. Changsha: National University of Defense Technology, 2012:42-45.(in Chinese)
［4］ Milicev S S, Pavlovic D. Influence of spike shape at supersonic flow past blunt-nosed bodies: experimental study［J］. AIAA Journal, 2002, 40(5): 1018-1020.
［5］王红,王希诚,李克秋.混合Kriging代理模型的高维参数估计优化算法［J］. 大连理工大学学报,2015,55(2):215-219.
WANG Hong, WANG Xi-cheng, LI Ke-qiu. Hybrid Kriging surrogate model optimization algorithm for high-dimension parameter estimation ［J］. Journal of Dalian University of Technology, 2015,55(2):215-219. (in Chinese)
［6］侯文新,吴颂平.带激波针的高超声速飞行器多目标优化设计［J］. 战术导弹技术, 2015 (2):23-27.
HOU Wen-xin, WU Song-ping. Multi-objective optimization design of hypersonic spiked bodies［J］. Tactical Missile Technology, 2015 (2):23-27. (in Chinese)
［7］张江, 彭程, 蔡琛芳,等. 基于响应面法的带喷流激波针参数优化研究［J］. 空气动力学学报, 2015,33(2):204-210.
ZHANG Jiang, PENG Cheng, CAI Chen-fang, et al. Optimization research on combination of spike and forward-facing jet using response surface methodology［J］. Acta Aerodynamica Sinica, 2015,33(2):204-210. (in Chinese)
［8］ Menezes V, Saravanan S, Jagadeesh G, et al. Experimental investigations of hypersonic flow over highly blunted cones with aerospikes［J］.AIAA Journal, 2003, 41(10): 1955-1966.
［9］ Gnemmi P, Srulijes J, Roussel K, et al. Flowfield around spike-tipped bodies for high attack angles at Mach 4.5［J］. Journal of Spacecraft and Rockets, 2003, 40(5): 622-631.

[1]	李正杰，陈红印，谢军伟，张浩为，刘斌. 一种防空服务质量模型下的集中式多输入多输出雷达三维机动跟踪功率分配方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1321-1331.
[2]	李欢欢, 刘辉, 盖江涛, 李训明. 基于粒子群优化算法PID参数优化的双电机耦合驱动履带车辆转向控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 916-924.
[3]	孙士明, 郁伟, 王晓辉, 李振旺, 刘彩连. 基于多目标优化的跨介质航行体水面滑跳初始运动参数设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 541-551.
[4]	马维宁, 胡起伟, 陈静, 贾希胜. 装备群选择性维修决策与任务分配联合优化[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 407-416.
[5]	杨静, 陆铭华, 郭力强, 马洁琼, 吴金平, 张会. 不确定环境下潜艇综合防御鱼雷的作战决策分析与优化方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(2): 564-573.
[6]	傅耀宇, 贵新成, 周云波, 刘家志, 石昊, 王铮. 破片杀伤战斗部空爆状态下车顶夹芯板防护性能分析与优化设计[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 69-84.
[7]	许鹏, 邢伯阳, 刘宇飞, 李泳耀, 曾怡, 郑冬冬. 基于扩张状态观测器和模型预测方法的四足机器人抗干扰复合控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 12-21.
[8]	刘思宇, 廖峻北, 雷飞, 王志瑞, 闫曈, 党睿娜, 郭朝. 用于四足机器人的并联弹性腿足关节设计与优化[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 71-83.
[9]	鞠爽, 王晶, 王灏, 周萌. 基于GWO-WOA的执行器严重故障多移动机器人编队重构控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 114-125.
[10]	许鹏, 赵建新, 范文慧, 邱天奇, 江磊, 梁振杰, 刘宇飞. 四足机器人特定复杂运动技能控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 135-145.
[11]	何强, 刘后刚, 邹波, 吕布, 陈续麟, 段昱. 智能无人车辆混合储能系统选配与参数优化[J]. 兵工学报, 2023, 44(9): 2791-2801.
[12]	张安, 徐双飞, 毕文豪, 徐晗. 空地多目标攻击武器-目标分配与制导序列优化[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2233-2244.
[13]	王磊, 徐超, 李淼, 赵慧武. 多飞行器协同任务分配的改进粒子群优化算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2224-2232.
[14]	王新光, 陈琦, 万钊, 高晓成, 燕振国. 分子黏性对解析湍流壁面函数的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 2041-2052.
[15]	王维佳, 王玉冰, 田瑾, 毛昭军, 杜琳琳. 航空集群一发多收有源定位最优构型[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1655-1664.

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Drag Reduction Characteristics and Design Optimization of Spikes

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