[发明专利]一种超声速飞行器低音爆气动布局优化方法

摘要

本发明提供一种超声速飞行器低音爆气动布局优化方法，其包括：步骤一、获取构建飞行器的各个部件的几何布局信息表，并计算每个所述几何分布信息所对应的飞行器的几何参数和气动参数值；步骤二、选取所述几何参数符合所述几何参数阈值范围且所述气动参数值符合所述气动力参数阈值范围的几何布局信息作为候选布局信息；步骤三、根据每个所述候选布局信息计算得到与其相对应的飞行器在不同飞行条件下的地面音爆的加权A计权声级值；其中，最小的所述加权A计权声级值所对应的所述几何布局信息即为飞行器的低音爆气动布局方案。本方法以飞行器几何布局参数为优化设计变量，获得满足气动特性和噪声水平要求的超声速飞行器低音爆气动布局。

主权项

1.一种超声速飞行器低音爆气动布局优化方法，其特征在于，包括：步骤一、获取构建飞行器的各个部件的几何布局信息表，并计算每个所述几何分布信息所对应的飞行器的几何参数和气动参数值；步骤二、预设所述待构建飞行器的几何参数阈值范围和气动力参数阈值范围；选取所述几何参数符合所述几何参数阈值范围且所述气动参数值符合所述气动力参数阈值范围的几何布局信息作为候选布局信息；步骤三、根据每个所述候选布局信息计算得到与其相对应的飞行器在不同飞行条件下的地面音爆的加权A计权声级值；其中，最小的所述加权A计权声级值所对应的所述几何布局信息即为飞行器的低音爆气动布局方案；所述步骤三还包括，在各个飞行条件下，计算每个所述候选布局信息所对应的飞行器的A计权声级；赋予各个飞行条件一加权系数，得到该飞行器的加权A计权声级；所述A计权声级的计算过程为：计算在飞行器空中飞行过程中，以飞行器的n倍身长为半径的空间范围内的近场压力：其中：以飞行器机身方向为X轴，机尾方向为正向，垂直于机身方向为Y轴，以机身上方为正向构建坐标轴；δ_p为所述空间范围内某点压力p相对于无穷远处压力p₀的过压值；y＝x‑βr，M为飞行马赫数；γ为比热比，x、y为该点在坐标轴中x轴坐标值和y轴坐标值，r为该点与所述飞行器的距离值；A_e为等效面积；通过对近场压力进行偏微分计算，获得施加到地面的压力信号：λi＝Ti+1‑Ti；其中，将地面压力为离散分布，i和i+1分别表示地面压力离散分布点；mi表示压力信号波形斜率；λi表示每个压力信号持续的时间；Ti和Ti+1表示地面的压力信号施加到地面的时间；Δpi表示压力信号增强量；ρ0和a0分别表示大气密度值和声速值；cn表示压力沿波阵面的法向传播速度；S为相邻的四条压力射线围成的波阵面面积；将地面压力信号进行傅里叶变换得到窄带压力分布：其中，p(n)为某一时刻地面的压力信号值；p(k)为频率为K时所对应的压力值；N为数据点个数，取2的幂数；计算各频率下的声压级：SPL_A为音爆噪声的A计权声级，Mai,Cli,Hi表示飞行器的飞行状态参数，Ma为马赫数，Cl为升力系数，H为飞行高度；pe为有效声压，pref为参考声压，取2×10‑5Pa.；再根据1/3倍频带滤波表，将窄带声压级转换至1/3倍频程声压级；再根据A计权响应与频率的关系计算得到A计权声级。