典型尖楔结构燃气流热试验工况确定方法

在传统冷壁热流模拟方法的基础上,进一步提出以热壁温度及热流密度的时序变化曲线为控制目标的燃气流热试验工况确定方法,即利用壁温控制目标与实测值的偏差对热壁热流控制目标做一定修正,以尽可能消除和弥补前期试验误差,同时利用300K冷壁边界热流密度数据库插值迭代方法,快速确定一定气动热模拟所需燃气流温度,解决了沿飞行轨迹瞬态热试验技术难题之一。利用CFD数值模拟方法,建立了典型尖楔结构高/中温双路燃气流组合热试验300K冷壁边界热流密度数据库,并针对典型尖楔结构沿某飞行轨迹9个典型状态气动热模拟需求,确定相应双路燃气流热模拟参数。相关数值计算结果显示,驻点区域热流密度平均模拟偏差为4.5%,平板区热流密度平均模拟偏差为4.6%,两者最大模拟偏差均不大于8%,满足工程试验精度要求。同时,瞬态热分析结果显示第45s时,距驻点1mm处最大温度梯度达到21K/mm,距驻点10.1mm处最大温度梯度达到18K/mm,满足气动热大温度梯度效应需求。

基于代理模型的双路燃气组合热试验参数优化

为确保双路燃气组合热试验过程中试件表面热流与高超声速气动热流的吻合性,对试验参数进行了优化设计。针对典型尖楔结构建立了双路燃气组合加热的数值计算模型,通过拉丁超立方采样及基于模糊聚类的加点策略获取了128个样本点,开展了数值模拟,并采用Kriging代理模型以及带精英策略的非支配排序遗传优化算法,以燃气加热热流与气动热流的吻合度为优化目标,完成了多目标优化。结果表明,通过增加样本点,显著减小了代理模型误差;8个测试样本点下试件表面热流密度平均相对误差最大约为7%,大部分区域平均误差不超过5%,方均根误差的均值为1.72%,最大值误差的最大值为13.6%,表明Kriging代理模型具有较高的预测精度;通过优化,试件表面燃气加热热流分布与气动加热热流分布吻合较好,驻点处热流密度相对误差小于1%,平板区域相对误差不超过10%,表明了基于Kriging代理模型的双路燃气组合热试验参数优化方法的有效性。