学科专业：流体力学
论文题目：空中发射分离过程的动力学问题研究
答辩人：杨磊
指导教师：叶正寅教授
答辩时间：2018年1月11日11:00
答辩地点：西北工业大学友谊校区航空楼A706
一、学位论文简介
快速、机动、廉价、可靠的航天器发射技术是未来航天发射活动的发展趋势，空中发射技术正是满足这些特点的发射方式之一，它具有三方面的优势：（1）无需依赖大型的发射基地设施，载机利用普通机场实现起降，在战争条件下具有更强的生存能力；（2）载机相当于一级运载器，可重复利用，而且相比于一级火箭，飞机在20公里高度以下具有很高的气动效率，因此，大幅度降低了发射成本；（3）载机携带航天器可自由地“追逐”发射窗口，提高了发射的灵活性和机动性。然而，在空中发射过程中，飞机和外挂物的分离过程是最重要并且危险的环节，外挂物的轨迹和飞行姿态需要良好的控制，以确保空中发射的成功进行。在传统的空中分离过程模拟中，都不考虑载机在分离期间的机翼弹性运动，由于未来发射的重量越来越大，载机的机翼展弦比越来越大，在分离瞬间的载荷冲击下，载机的机翼弹性运动是一个不容忽视的因素，本文就是围绕这个过程中的动力学问题开展研究，其主要工作如下：
1、发展了CFD/CSD/RBD耦合求解方法。该方法采用弱耦合的策略，将流体控制方程、结构动力学方程和刚体动力学方程耦合求解，适用于考虑载机静/动态弹性变形的外挂物分离仿真；
2、针对空中发射分离问题，揭示了外挂物干扰气动力的影响因素、相对大小及作用机制。本文依据外挂物干扰气动力的影响因素，将其分解为不同组分，并对各组分气动力依次求解；
3、发展了多时间尺度的CFD/CSD/RBD耦合求解策略，计算时间减小一个量级。该方法将载机弹性变形的非定常气动力降解模型引入CFD/CSD/RBD耦合求解系统，并采用多时间尺度的方式设置时间步长，克服结构动力学响应和刚体动力学响应特征时间相差较大的问题，通过减少CFD求解器的调用次数，可大大提高仿真计算效率；
4、发展了针对外挂物投放仿真问题的建模方法。本文对载机及外挂物各组分干扰气动力分别建模，并将非定常气动力模型同载机结构动力学方程和外挂物刚体动力学方程耦合，发展了UAM/CSD/RBD耦合求解方法，该方法适用于考虑弹性载机干扰的外挂物动力学仿真，并且在外挂物纵向及滚转自由度具有较高精度，可大大提高仿真计算效率。
二、攻读博士期间发表的学术论文
[1] Lei Yang, Zheng-Yin Ye, Jie Wu. The Influence of the Elastic Vibration of the Carrier to the Aerodynamics of the External Store in Air-to-Orbit Process[J]. Acta Astronautica, 2016,128:440-454. (SCI Index, WOS: 000387625400045)
[2] Lei Yang, Zheng-Yin Ye. The Interference Aerodynamics Caused by the Wing Elasticity During Store Separation[J]. Acta Astronautica, 2016,121:116-129. (SCI Index, WOS: 000371838300013)
[3] Lei Yang, Zheng-Yin Ye. Error Analysis with the Traditional Numerical Method of the Lateral Jet Interaction for the Supersonic Flow[C]. 7th Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology, Cairns, Australia, APISAT2015. (EI Index, Accession Number:20163002634214)
[4] 杨磊,叶正寅.超音速飞行器侧向喷流干扰流场传统数值模拟方法的误差分析[J].航空动力学报,2015,30(10):2508-2515. (EI Index, Accession Number: 20154601533932)
[5] 杨磊,叶正寅.倾转涵道倾转过渡阶段的非定常气动力[J].航空动力学报,2015,30(1):155-163. (EI Index, Accession Number: 20151000594420)
[6] 杨磊,叶正寅.基于模糊逻辑方法的涵道风扇飞行器非定常气动力建模及应用[J]. 西北工业大学学报,2014,32(6):849-856. (EI Index, Accession Number: 20150400441071)
