● 摘要
高超声速飞行器在飞行过程中，会受到很大的气动阻力和严重的气动加热，对飞行器的气动性能及飞行安全产生重大影响。在钝头高超声速飞行器前加装激波针，改变钝头前的流场，可以同时减少气动阻力和钝头表面的热流。然而，其效果与激波针的外形有很大关系。
本文在前人所做激波针实验和数值模拟的基础上，展开了以下几个方面的工作：
一、对典型的激波针外形进行数值模拟，分析流动机理，并对压力分布和热流分布与实验结果进行对比。
二、数值模拟了圆盘型和球形两种激波针外形的绕流，并与实验结果进行了对比。对迎角变化时两种激波针的气动性能进行数值计算，分析了各气动系数随迎角的变化规律。
三、数值模拟了半球型和圆头锥两种激波针外形的绕流，并与实验结果进行了对比。数值模拟了激波针长度变化时两种激波针阻力系数和最大热流的变化规律，并对流场变化进行分析。
四、在Isight优化平台的基础上，以阻力系数和热流最小为目标，对激波针外形进行了多目标优化设计。首先，采用优化的拉丁超立方采样技术生成样本点。然后，利用Isight软件的集成功能，实现几何建模、网格划分、数值求解的自动化。之后，采用径向基神经网络建立近似模型并进行了验证。最后，使用多目标遗传算法NSGA-II进行优化求解，获得了Pareto优化解集。并从中选取了一个典型外形进行数值求解，分析了流场结构和气动性能，结果表明，该优化外形获得了较好的减小阻力和降低气动热的效果。