【摘 要】
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隐身巡航导弹是现代重要的武器装备,其发展对国防具有重要的战略意义。相对于传统的巡航导弹,隐身巡航导弹的生存能力大大提高,有利于提升作战能力和效果。近些年来,随着新材料的发展及制造工艺的不断升级,国外的科学研究者根据隐身巡航导弹的不同应用,研究了对应的关键方法和技术,有些隐身巡航导弹型号已陆续装备军方。本文基于外形布局和结构形式分类总结了国内外隐身巡航导弹的发展历程与研究现状,并总结了隐身巡航导弹多
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隐身巡航导弹是现代重要的武器装备,其发展对国防具有重要的战略意义。相对于传统的巡航导弹,隐身巡航导弹的生存能力大大提高,有利于提升作战能力和效果。近些年来,随着新材料的发展及制造工艺的不断升级,国外的科学研究者根据隐身巡航导弹的不同应用,研究了对应的关键方法和技术,有些隐身巡航导弹型号已陆续装备军方。本文基于外形布局和结构形式分类总结了国内外隐身巡航导弹的发展历程与研究现状,并总结了隐身巡航导弹多学科设计优化的关键技术。在计算流体力学、电磁散射学和红外辐射学的基础上,以隐身性能、气动效率为主要目标对隐身巡航导弹的设计参数进行设计优化研究。本文的主要研究内容如下:1.考虑斜垂尾、平行原则、埋入式进气道、锯齿型唇口、部件遮挡等布局和“左手材料”的吸波效果,完成了隐身巡航导弹雷达隐身的外形设计和吸波设计;进一步考虑部件遮挡及尾喷管吹冷空气的设计理念,完成了红外隐身的进气道设计及红外抑制设计;最后考虑结构隐身和弹翼折叠,分别完成了结构件的隐身设计和弹翼展开方式的原理设计。运用电磁波理论对隐身巡航导弹进行数值计算,得到初始计算模型的雷达散射特性,同时完成了隐身巡航导弹的尾焰红外辐射数值计算,获取尾焰的温度场。2.用CST翼型参数化方法对隐身巡航导弹的弹翼翼型进行参数化设计。通过CATIA CAA对隐身巡航导弹进行参数化设计,生成其的模型批处理模块。运用网格批处理技术生成适用于二维翼型优化的CFD计算网格模型文件,结合多岛遗传算法对弹翼翼型进行优化,得到俯仰力矩小且升阻比大的弹翼翼型。设计适用于隐身巡航导弹的气动布局,得到其设计优化参数,建立基于参数化建模的隐身巡航导弹参数化模型,完成了模型的气动特性数值计算。3.提出了一种新型的基于多岛遗传算法的自适应抽样代理模型方法。该方法运用多岛遗传算法逐一添加合适位置的样本点加入到原始样本点中,使得新增样本点置于设计空间中的稀疏位置。并计算标准均方根误差,在满足代理模型精度要求前继续添加样本点,最终得到满足代理模型设计精度的总体样本点。对该新方法进行了对比验证,发现用该方法添加新样本点的代理模型精度更高。因为隐身巡航导弹的多学科优化涉及的学科多、数值计算多,这种采用基于多岛遗传算法的自适应抽样代理模型方法,具有计算量小、精度高的效果,这种方法适合用于隐身巡航导弹的多学科优化设计。4.建立了单学科及多学科的优化模型及优化方法,分别从雷达目标特性、气动特性、红外特性三部分对隐身巡航导弹进行了优化设计。首先对隐身巡航导弹的设计参数进行了敏感性分析,确定了影响雷达目标特性、气动特性、红外特性的设计参数。分别对影响子学科、多学科的设计参数进行了设计优化。得到了优化模型的设计参数,将优化模型和原始模型进行了对比分析,发现隐身巡航导弹的侧向及头部的雷达散射面积变小、升阻比增加了2.41%、在320K以上的尾焰温度区域明显减小。5.设计了一种新型隐身巡航导弹模型,完成了模型的气动特性计算,对发动机的高度特性、推力特性进行了计算。用该巡航导弹的气动数据及发动机的数据计算得到巡航导弹的海平面最大速度、巡航速度及最大作战半径等指标,验证了本文优化设计方法的有效性。
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