现代防御技术 ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (3): 115-130.DOI: 10.3969/j.issn.1009-086x.2026.03.011
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郑力1, 虞涵普1, 张祺忻2, 邓双厚1, 冯国旭1, 杨延年3
收稿日期:2025-05-08
修回日期:2025-11-12
出版日期:2026-06-28
发布日期:2026-07-03
作者简介:郑力(2001-),男,福建福州人。硕士生,研究方向为飞行器设计。
基金资助:Li ZHENG1, Hanpu YU1, Qixin ZHANG2, Shuanghou DENG1, Guoxu FENG1, Yannian YANG3
Received:2025-05-08
Revised:2025-11-12
Online:2026-06-28
Published:2026-07-03
摘要:
气动和隐身性能是现代无人战斗机(unmanned combat air vehicle, UCAV)设计的两大关键目标。利用几何建模软件的二次开发技术,建立了UCAV机体、进气道和喷管的参数化几何模型,利用一维发动机模型开展UCAV内外流一体化的气动数值模拟。采用设计实验(design of experiments,DoE)和代理模型对UCAV机身和进排气系统进行了气动隐身一体化优化设计。结果显示优化方案在UCAV气动和隐身性能上均有显著提升,能较好地应用于机体和进排气高度融合的飞行器气动隐身多目标优化,有望缩短设计周期减低开发成本。
中图分类号:
郑力, 虞涵普, 张祺忻, 邓双厚, 冯国旭, 杨延年. 考虑进排气系统的UCAV气动隐身一体化设计[J]. 现代防御技术, 2026, 54(3): 115-130.
Li ZHENG, Hanpu YU, Qixin ZHANG, Shuanghou DENG, Guoxu FENG, Yannian YANG. Integrated Design of Aerodynamic Stealth for UCAV Considering Inlet and Exhaust System[J]. Modern Defense Technology, 2026, 54(3): 115-130.
| 参数 | 下限 | 初始构型 | 上限 |
|---|---|---|---|
| b/C1 | 1.3 | 1.5 | 1.7 |
| 45 | 50 | 60 | |
| T3/(°) | -8 | -5 | 0 |
表1 机体各优化变量及范围
Table 1 Optimization variables and ranges of the airframe
| 参数 | 下限 | 初始构型 | 上限 |
|---|---|---|---|
| b/C1 | 1.3 | 1.5 | 1.7 |
| 45 | 50 | 60 | |
| T3/(°) | -8 | -5 | 0 |
| 网格数 | L/D计算值 |
|---|---|
| 200万 | 16.44 |
| 320万 | 17.09 |
| 437万 | 17.08 |
表2 不同数量网格下计算所得升阻比
Table 2 Calculate the lift to drag ratio under different numbers of grids
| 网格数 | L/D计算值 |
|---|---|
| 200万 | 16.44 |
| 320万 | 17.09 |
| 437万 | 17.08 |
| 参数 | 下限 | 初始构型 | 上限 |
|---|---|---|---|
| Lin/mm | 500 | 800 | 1 200 |
| Hin | 0 | 0.4 | 0.8 |
| Hgb | 0 | 0.4 | 0.8 |
| Zy | 0.2 | 0.5 | 1.0 |
| 30 | 32 | 36 |
表3 进气道进口及鼓包优化变量初始值及优化值范围
Table 3 Initial values and optimization range of variables for inlet and bulge optimization of intake duct
| 参数 | 下限 | 初始构型 | 上限 |
|---|---|---|---|
| Lin/mm | 500 | 800 | 1 200 |
| Hin | 0 | 0.4 | 0.8 |
| Hgb | 0 | 0.4 | 0.8 |
| Zy | 0.2 | 0.5 | 1.0 |
| 30 | 32 | 36 |
| 参数 | 下限 | 初始构型 | 上限 |
|---|---|---|---|
| A | -5 | -4 | 5 |
| A′ | -5 | -4 | 5 |
| b2 | -16 | 0 | 4 |
| c2 | -16 | -15 | 4 |
表4 进气道内通道优化变量初始值及优化取值范围
Table 4 Initial value and optimization range of variables for optimizing the internal passage of intake duct
| 参数 | 下限 | 初始构型 | 上限 |
|---|---|---|---|
| A | -5 | -4 | 5 |
| A′ | -5 | -4 | 5 |
| b2 | -16 | 0 | 4 |
| c2 | -16 | -15 | 4 |
| 参数 | 下限 | Baseline | 上限 |
|---|---|---|---|
| A | -10 | 0 | 10 |
| A′ | -10 | 0 | 10 |
| b2 | 50 | 60 | 70 |
| c2 | 50 | 60 | 70 |
表5 喷管内通道优化变量初始值及优化取值范围
Table 5 Initial value and optimization range of variables for optimizing the internal passage of the nozzle
| 参数 | 下限 | Baseline | 上限 |
|---|---|---|---|
| A | -10 | 0 | 10 |
| A′ | -10 | 0 | 10 |
| b2 | 50 | 60 | 70 |
| c2 | 50 | 60 | 70 |
| 参数 | b/C1 | T3/( | |
|---|---|---|---|
| 初始构型 | 1.50 | 50.00 | -5.00 |
| 1# | 1.56 | 54.40 | -3.64 |
| 2# | 1.54 | 53.91 | -4.14 |
| 3# | 1.54 | 53.45 | -3.60 |
表6 初始与优化后各样本参数组合
Table 6 Initial and optimized parameter combinations for each sample
| 参数 | b/C1 | T3/( | |
|---|---|---|---|
| 初始构型 | 1.50 | 50.00 | -5.00 |
| 1# | 1.56 | 54.40 | -3.64 |
| 2# | 1.54 | 53.91 | -4.14 |
| 3# | 1.54 | 53.45 | -3.60 |
| 编号 | L/D | RCS/dBsm | ||
|---|---|---|---|---|
| 400 MHz | 2 GHz | 10 GHz | ||
| Baseline | 17.11 | -5.27 | -22.23 | -29.41 |
| 1# | 19.57 | -4.39 | -20.37 | -30.06 |
| 2# | 19.13 | -5.69 | -20.40 | -29.40 |
| 3# | 18.94 | -5.32 | -20.80 | -30.00 |
表7 初始与各样本组合RCS计算结果
Table 7 Initial RCS calculation results for each sample combination
| 编号 | L/D | RCS/dBsm | ||
|---|---|---|---|---|
| 400 MHz | 2 GHz | 10 GHz | ||
| Baseline | 17.11 | -5.27 | -22.23 | -29.41 |
| 1# | 19.57 | -4.39 | -20.37 | -30.06 |
| 2# | 19.13 | -5.69 | -20.40 | -29.40 |
| 3# | 18.94 | -5.32 | -20.80 | -30.00 |
| 参数 | Lin | Hin | Hgb | Zx | Zy | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 初始构型 | 800 | 0.40 | 0.40 | 30 | 0.50 | 0.50 |
| 1# | 653 | 0.42 | 0.21 | 35.78 | 1.00 | 1.00 |
| 2# | 667 | 0.40 | 0.29 | 30 | 1.00 | 0.98 |
| 3# | 634 | 0.50 | 0.14 | 30.46 | 1.00 | 0.95 |
表8 进气道进口及鼓包初始与优化后各样本参数组合
Table 8 Initial and optimized sample parameter combinations for intake duct inlet and bulge
| 参数 | Lin | Hin | Hgb | Zx | Zy | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 初始构型 | 800 | 0.40 | 0.40 | 30 | 0.50 | 0.50 |
| 1# | 653 | 0.42 | 0.21 | 35.78 | 1.00 | 1.00 |
| 2# | 667 | 0.40 | 0.29 | 30 | 1.00 | 0.98 |
| 3# | 634 | 0.50 | 0.14 | 30.46 | 1.00 | 0.95 |
| 编号 | L/D′ | DC60 | |
|---|---|---|---|
| 初始构型 | 15.10 | 0.957 | 0.29 |
| 1# | 16.12 | 0.965 | 0.19 |
| 2# | 15.99 | 0.961 | 0.13 |
| 3# | 16.23 | 0.964 | 0.18 |
表9 进气道进口及鼓包初始与优化后各样本组合计算结果
Table 9 Calculation results of initial and optimized sample combinations for inlet and bulge of intake duct
| 编号 | L/D′ | DC60 | |
|---|---|---|---|
| 初始构型 | 15.10 | 0.957 | 0.29 |
| 1# | 16.12 | 0.965 | 0.19 |
| 2# | 15.99 | 0.961 | 0.13 |
| 3# | 16.23 | 0.964 | 0.18 |
图22 优化构型进口与初始构型进口压力分布及流线对比
Fig. 22 Comparison of pressure distribution and streamline between optimized configuration inlet and initial configuration inlet
图23 进口及鼓包优化构型与初始构型进气道出口截面总压恢复系数分布对比
Fig. 23 Comparison of total pressure recovery coefficient distribution at the outlet section of the inlet duct between the imported and bulge-optimized Configurations and the initial Configuration
| 组合 | DC60 | |
|---|---|---|
| 初始构型 | 0.945 | 0.34 |
| 优化构型 | 0.956 | 0.19 |
表10 进气道内通道初始与优化后构型计算结果对比
Table 10 Comparison of initial and optimized configuration calculation results for the internal channel of the intake duct
| 组合 | DC60 | |
|---|---|---|
| 初始构型 | 0.945 | 0.34 |
| 优化构型 | 0.956 | 0.19 |
图25 内通道优化构型与初始构型对称截面马赫数及流线对比
Fig. 25 Comparison of Mach number and streamline between optimized internal channel configuration and initial configuration with symmetric cross-section
图26 优化构型与初始构型进气道出口总压恢复系数分布对比
Fig. 26 Comparison of total pressure recovery coefficient distribution at the outlet of optimized and initial intake configurations
图27 优化构型与初始构型进气道内通道各截面马赫数及流线分布
Fig. 27 Optimization configuration and initial configuration of Mach number and streamline distribution in each section of the inlet channel
| 组合 | Cfx |
|---|---|
| 初始构型 | 0.683 |
| 优化构型 | 0.712 |
表11 喷管初始构型与优化构型计算Cfx 结果对比
Table 11 Comparison of Cfx results between initial and optimized nozzle configurations
| 组合 | Cfx |
|---|---|
| 初始构型 | 0.683 |
| 优化构型 | 0.712 |
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