基于离散伴随的高速飞行器气动—推进耦合优化

张傲; 余闯; 高宜胜; 陈宪

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基于离散伴随的高速飞行器气动—推进耦合优化

更新时间：2026-04-24

- 基于离散伴随的高速飞行器气动—推进耦合优化
- Aerodynamic-propulsion coupled optimization high-speed vehicles based on discrete adjoint method
- 航空工程进展 2026年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.南京航空航天大学航空学院，南京 210016
  2.中国空气动力研究与发展中心，绵阳 621000
- 作者简介：
  
  高宜胜(1984-), 男, 博士, 讲师。 E-mail: gaoyisheng@nuaa.edu.cn。
- 基金信息：
  
  南京航空航天大学科研基地创新基金(NJ2025027)
- DOI：
  中图分类号： V211.3
- 收稿：2026-02-27，
  
  修回：2026-04-07，
  
  网络首发：2026-04-24，
- 稿件说明：
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张傲,余闯,高宜胜,等. 基于离散伴随的高速飞行器气动—推进耦合优化[J]. 航空工程进展.

ZHANG Ao,YU Chuang,GAO Yisheng, et al. Aerodynamic-propulsion coupled optimization high-speed vehicles based on discrete adjoint method[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese)
张傲,余闯,高宜胜,等. 基于离散伴随的高速飞行器气动—推进耦合优化[J]. 航空工程进展. DOI：

ZHANG Ao,YU Chuang,GAO Yisheng, et al. Aerodynamic-propulsion coupled optimization high-speed vehicles based on discrete adjoint method[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese) DOI：

摘要

高速飞行器气动外形与推进性能之间存在强烈的非线性耦合效应，为了提高气动—推进一体化设计的物理保真度与优化效率，建立一套物理自洽、高精度的多学科耦合优化体系。首先，基于非结构网格构建了迎风格式的流场求解器，并利用自动微分技术开发严格一致的离散伴随算子以实现高效的灵敏度分析；其次，引入准一维冲压发动机模型，通过“质量—动量双守恒”降维积分与无量纲重构，搭建三维外流与一维内流的双向耦合计算框架；最后，以高速飞行器乘波体为对象，在马赫数为6的巡航状态下开展多约束减阻优化设计。结果表明：在满足升力不降低和机翼容积不减的严格约束下，优化构型实现了巡航阻力系数3.23%的净降低；优化器探索出的“展向容积重分布”非均匀修形策略，有效削弱了外侧驻点区域的强激波强度，实现了全机气动性能的全局最优。

Abstract

The aerodynamic configuration and propulsion performance of vehicles exhibit strong nonlinear coupling effects. To improve the physical fidelity and optimization efficiency of the aerodynamic-propulsion integrated design， a physically self-consistent and high-precision multidisciplinary coupled optimization system is established. Firstly， a flow solver based on the upwind scheme is constructed on unstructured grids， and a strictly consistent discrete adjoint solver is developed using automatic differentiation technology for efficient sensitivity analysis. Secondly， a quasi-one-dimensional ramjet/scramjet model is introduced. Through the dimensionality reduction integration of "dual conservation of mass and momentum" and dimensionless reconstruction， a bidirectional coupled calculation framework for three-dimensional external flow and one-dimensional internal flow is established. Finally， taking a waverider as the object， a multi-constraint drag reduction optimization design is carried out at a cruise Mach number of 6. The results show that under the strict constraints of non-decreasing lift and constant wing volume， the optimized configuration achieves a net reduction of 3.23% in the cruise drag coefficient. The non-uniform shaping strategy of "spanwise volume redistribution" explored by the optimizer effectively weakens the strong shock intensity in the outboard stagnation region， achieving the global optimum of the aircraft's aerodynamic performance.

关键词

Keywords

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