题目：高超声速飞行器虚拟样机关键技术研究

高超声速飞行技术是多年来一直备受关注的具有重要经济军事意义的航空航天技术。多学科多物理场耦合设计困难、内流外流一体化设计要求较高、高空高速复杂飞行条件难以复现、研发成本风险和周期难以评估等等，都是高超声速飞行器研发试制过程中所面临的问题。本文针对这些问题，归纳总结了面向高超声速飞行器虚拟样机设计的关键技术要点，研究了面向高超声速飞行器几何生成、性能分析和虚拟试验三个方面的关键技术。

在分析虚拟样机基本组成和功能要素的基础上，结合高超声速飞行器设计、分析和试验方面技术要点，形成了一套较完整高超声速飞行器虚拟样机的建模仿真方法，详细描述了虚拟样机搭建过程中的技术实现方法，为高超声速飞行器虚拟样机设计、分析与试验作出技术探索。

全文的主要工作内容包括以下几个方面：

（1）       结合高超声速飞行器的研发特点，提出了高超声速飞行器虚拟样机几何生成、性能分析和虚拟试验相结合的建模仿真方法。实现了从几何概念设计、性能分析到虚拟试验试飞验证的完整过程。

（2）       考虑到高超声速几何生成的技术需要，总结高超声速飞行器几何建模所需的共性技术（包括内乘波进气道、外压式进气道、乘波体外形曲线曲面建模、进气道与外部升力体/乘波体融合、曲面曲线参数化表达和高超声速飞行典型表面曲面生成等），并对这些基本几何生成方法的优缺点作出总结。

（3）       从多学科多物理场性能分析的技术需求出发，借鉴现有分析计算技术，建立了较为完整的多物理场耦合解算工具链。通过与现代计算流体力学求解算结果、风洞试验结果以及试飞数据进行比对，验证本文所用方法的仿真有效性。

（4）       在高超声速面元气动参数高效解算技术基础上，完成了面向整体飞行器几何模型的六自由度动力学过程仿真，实现高超声速飞行器的飞推控一体化、内流外流一体化的动力学建模和性能分析技术。

（5）       根据不同类型的分析输出参数，提取典型的设计关注变量（升阻比、飞行器表面积与容积等）作为优化目标，结合优化算法闭合几何生成中提供的参数化几何模型，实现了一种面向高超声速飞行器的参数化几何外形单/多目标优化方法，以类HTV-3X高超声速飞行器为例，给出了优化方法的技术细节。

基于上述几何生成和分析技术中得到的结果，实现了高超声速飞行器整体试飞过程的高效演化动态仿真。以单点性能虚拟试验技术、确定参数动态虚拟试验技术和多不确定性蒙特卡罗动态虚拟试验技术等三个技术方面，构成虚拟试验的重要技术内涵。虚拟试验结果与文献数据、风洞数据以及试飞数据验证对比结果，表明了基于高超声速飞行器虚拟样机总体设计、分析和试验的方法的有效性。