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高超声速飞行器技术是21世纪航空航天技术的研究热点,其中气动布局和总体性能的优化设计是关键技术之一。本文的研究旨在构建面向总体阶段的高超声速飞行器优化设计框架,该框架包括高超声速飞行器几何外形参数化建模、气动力/气动热快速计算工具、超燃冲压发动机准一维性能评估模型和分层优化设计的思想,并对一种类乘波体布局的高超声速飞行器几何外形进行优化设计。 首先,建立了基于OpenVSP的高超声速飞行器几何外形参数化建模方案,该方案从推进系统流动通道设计开始,以此为基础,进行部件和全机的参数化建模。其次,基于面元法,气动力和气动热分别采用当地表面斜度法和参考焓法,开发了高超声速飞行器气动特性快速工程计算工具,算例验证表明其具有较高的精度和效率。随后,建立了超燃冲压发动机准一维性能评估模型。 最后对高超声速飞行器进行分层多目标优化设计。遵循由部件到总体的优化策略,首先对机身/推进进行一体化设计,克服将前体/进气道和后体/尾喷管分开设计的弊端,得到整个流动通道的优化结果并完成机身的设计。然后再对单独机翼进行多目标优化,最后分别进行了翼身相对位置和半总体优化设计,得到总体推荐构型A和推荐构型B。 推荐构型A和B与初始方案对比分析表明:飞行器总体性能得到提升,优化设计呈现了一定效果。