一种先进超声速民机低声爆高效气动布局设计

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29613

飞行器新概念气动布局设计专栏

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一种先进超声速民机低声爆高效气动布局设计

李军府¹^,², 陈晴¹^,³^,⁴, 王伟², 韩忠华¹^,³^,⁴(), 谭玉婷², 丁玉临¹^,³^,⁴, 谢露², 乔建领¹^,³^,⁴, 宋科¹^,³^,⁴, 艾俊强²

^1.西北工业大学航空学院，西安 710072
^2.航空工业第一飞机设计研究院，西安 710089
^3.西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室，西安 710072
^4.西北工业大学航空学院气动与多学科优化设计研究所，西安 710072

收稿日期:2023-09-19 修回日期:2023-10-07 接受日期:2023-10-24 出版日期:2023-11-02 发布日期:2023-11-01
通讯作者: 韩忠华 E-mail:hanzh@nwpu.edu.cn
基金资助:
国家级项目

Design of low sonic boom high efficiency layout for advanced supersonic civil aircraft

Junfu LI¹^,², Qing CHEN¹^,³^,⁴, Wei WANG², Zhonghua HAN¹^,³^,⁴(), Yuting TAN², Yulin DING¹^,³^,⁴, Lu XIE², Jianling QIAO¹^,³^,⁴, Ke SONG¹^,³^,⁴, Junqiang AI²

^1.School of Aeronautics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^2.AVIC The First Aircraft Institute，Xi’an 710089，China
^3.Key Laboratory of Science and Technology on Aerodynamic Design and Research，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^4.Institute of Aerodynamic and Multidisciplinary Design Optimization，School of Aeronautics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China

Received:2023-09-19 Revised:2023-10-07 Accepted:2023-10-24 Online:2023-11-02 Published:2023-11-01
Contact: Zhonghua HAN E-mail:hanzh@nwpu.edu.cn
Supported by:
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摘要/Abstract

摘要：

低声爆高效气动布局设计是超声速民机研究的重点和关键技术之一。采用基于声爆最小化理论反设计方法、波系有益干扰后体设计方法、参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法，提出了一种先进超声速民机低声爆气动布局，对每一步降低声爆的效果进行了分析并研究了该布局的全声爆毯特性；采用CFD数值求解近场声爆信号并通过Burgers方程传播到远场，研究了飞行高度、飞行马赫数等参数对该气动布局地面声爆响度的影响；采用CFD数值模拟方法研究了飞行高度、马赫数等参数对该气动布局气动特性的影响。研究表明，采用基于声爆最小化理论反设计方法降低了基准气动布局的地面声爆响度约6.54 PLdB，采用波系有益干扰后体设计方法进一步使地面声爆响度降低了约0.97 PLdB，采用参数化近场超压信号的混合可信度反设计方法使气动布局地面声爆响度进一步降低了约4.04 PLdB；合理地设计飞行高度、飞行马赫数，可以有效地降低地面声爆响度；合理地选择巡航飞行高度和巡航飞行马赫数，可以有效地提高巡航效率。研究工作对超声速民机气动布局设计具有一定的工程指导价值，对超声速民机总体气动方案设计亦具有一定的工程借鉴意义。

关键词: 超声速民机, 低声爆, 气动布局, 地面声爆响度, 巡航效率, 马赫数, 飞行高度, 机翼后掠角

Abstract:

The design of low sonic boom high efficiency aerodynamic layout is one of the most important key technologies for supersonic civil aircraft. Based on the inverse design method of sonic boom minimization theory， this paper proposes an advanced supersonic civil aircraft low sonic boom aerodynamic layout using the aft-body design based on wave system beneficial interference and the mixed credibility anti-design method based on the parameterized near-field overpressure signal， and analyzes the effect of each step of sonic boom reduction and the whole sonic boom blanket. Then， the effects of flying altitude， Mach number and wing swept angle on the sonic boom loudness of the aerodynamic layout are studied. Finally， the effects of flying altitude and Mach number on the aerodynamic characteristics of the layout are examined using CFD numerical simulation method. The results show that the anti-design method based on the sonic boom minimization theory can reduce the ground perceived loudness in decibel by 6.54 PLdB， while the aft-body design method based on the wave system beneficial interference and the hybrid reliability inverse design method of parameterized near-field overpressure signal can further reduce it by 0.97 PLdB and 4.04 PLdB， respectively. Reasonable match of the flying height and Mach number can effectively reduce the ground perceived loudness in decibel. Reasonable selection of the flying height and cruise Mach number can effectively improve cruise efficiency. This study has certain engineering value for both aerodynamic layout design and aircraft conceptual design of supersonic civil aircraft.

Key words: supersonic civil aircraft, low sonic boom, aerodynamic layout, ground sonic boom loudness, cruise efficiency, Mach number, flight altitude, wing swept angle

中图分类号:

V211

李军府, 陈晴, 王伟, 韩忠华, 谭玉婷, 丁玉临, 谢露, 乔建领, 宋科, 艾俊强. 一种先进超声速民机低声爆高效气动布局设计[J]. 航空学报, 2024, 45(6): 629613-629613.

Junfu LI, Qing CHEN, Wei WANG, Zhonghua HAN, Yuting TAN, Yulin DING, Lu XIE, Jianling QIAO, Ke SONG, Junqiang AI. Design of low sonic boom high efficiency layout for advanced supersonic civil aircraft[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(6): 629613-629613.

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