超声速风洞喷管冷却结构的多目标优化设计

摘要

针对某风洞喷管提出了一种水冷结构,即在喷管前后段壁内设置了24组流道,而在喉部区域壁内错排布置扰流柱阵列。采用气热耦合-结构热分析的数值模拟方法对喷管整体结构的流动、换热、刚度性能进行了计算和分析。计算结果表明:冷却水量为1 kg/s时,与基础件相比,提出的冷却结构的概念件平均冷却效率提升0.68%,喉部等效应变减小5%左右。采用了响应面模型近似方法和多岛遗传算法对概念件进行了多目标优化计算,结果表明:冷却水量为2.142 9 kg/s时,与概念件对比,优化件壁面最高温度可以降低1.6 K左右,喉部等效应变减小约10%。喷管冷却结构设计及其多目标优化方法为风洞喷管型面有效的热防护设计提供一定的参考。