Введение к работе
Актуальность проблемы. Проектирование летательных аппаратов, предназначенных для движения в атмосфере со сверхзвуковыми скоростями, выдвинуло необходимость выбора оптимальных форм таких аппаратов. Правильно выбранная геометрия позволяет существенно уменьшить сопротивление, вес, расход горючего., тепловые потоки к поверхности аппарата,- увеличить полезный объем и т.д. Таким образом, исследования в этой области имеют несомненное прикладное значение.
Задачи проектирования внешних форм, обеспечивающих наилучше аэродинамические характеристики при сверхзвуковых скоростях полета, требуют решения раз-'лчннх достаточно сложных газодинамических проблем. Их решение приводит "к вариационным задачам на экстремум функционалов, выракаюших аэродинамические характеристики оптимизируемых тел. Для получения экстремальных решений в конечном виде широко использую.тся дірибликенньїе теории, позволяющие достаточно связать местные (Коэффициенты давления и тре- ' ния с формой поверхности искомых .тел. В этом ьаправлении к настоящему времени достигнуты значительные успехи. Однако и в приближенной постановке задачи оптимизация форм сверхзвуковых тел не всегда сводятся к стандартным.задачам вариационного исчисления. Последнее .позволяет утверздадь, что результаты, полученные в теории оптимальных форм, дале.ки.от завершения и требуют серьезных дальнейших исследований, в частности, дальнейшего развития соответствующей математической .теории. Это определяет большое теоретическое значение исследований как в самой этой области, так и на стыке с. близко лежащими областями аэродинамики, динамики , теории упругости и др.
Цель работы состоит в исследовании .оптимальных
форм удлиненных тел, обтекаемых сверхзвуковыми и гиперзвуковыми потоками газа; разработка асимптотических и численных алгоритмов оптимизации внешней геометрии тел по нескольким критерия?.! качества и проведение расчетов по определении оптимальных форм тел вращения, а также некоторых примыкающих к этим исследованиям вопросов, связанных с автоматизацией процессов проектирования.
Научная новизна работы. В диссертации рассмотрены постановки новых экстремальных задач- с учетом различных физических факторов и разработаны эффективные оптимизационные алгоритмы их решения. Исследованы задачи об оптимальной форме тел вращения с граничными условиями, число которых превышает порядок уравнения необходимого условия экстремума," и изо-перикетричбскими ограничениями, обтекаемыми сверхзвуковыми потоками газа. Сформулированы задачи определения формы тела вращения с минимальной электронной концентрацией и формы конического тела с заданными высотой и формой основания максимального аэродинашчаского качества в гиперзвуковом потоке газа.
Сформулирована задача оптимального проектирования (по нескольким критериям качества)' тел, обтекаемых сверх- и гиперзвуковыми потоками газа. Исследованы задачи определения внешней геометрии тел вращения, оптимальных по условиям волнового сопротивления, радиационной и конвективной теплопередачи в сверх-и гигарзвуковых потоках газа.
Разработаны алгоритмы и составлены программы для расчета на ЭВМ оптимальной внешней геометрии удлиненных тел вращения. Проведена серия расчетов на ЭВМ и на их основе разработан ряд рекомендаций по конструированию оптимальных конструкцій.
Практическая ценность. В работе по-
лучены"конечные формулы для определения оптимальных аэродинамических форм осесимметричных тел. Алгоритмы, созданные по результатам исследований, реализованы на ЭВМ БЭСМ-6 и МЗК ЭЛЬБРУС и включены в ППП "МИКРОН" и "КОНУС". Материалы диссертации могут быть использованы в работах по оптимизации внешней геометрии летательных аппаратов и в учебном процессе при подготовке специалистов по оптимальному проектированию аэродинамических форм, программному обеспечению САПР, ППП, АСНИ.
Работа непосредственно связана с планом научно-исследовательских работ Иркутского ВЦ СО АН СССР. Ее результаты использованы при выполнении научных тем ИрВЦ СО АН СССР "Развитие теории предельной корректности" (N ГР 8I07826I), "Адаптивно-игровые методы в управлении" (N ГР 860097699) и хоз. договоров ИрВЦ с Московским институте*,! теплотехники (х/д N 4/82), КБ "fe-ное" (х/д N 2/90), в/ч 25840 (х/д N 7/89), что подтверждено соответствующими актами о внедрении.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсукдались на X Всесоюзной конференции по оптимизации (г. Иркутск, 1983 г.), на семинаре по асимптотическим методам ЛГУ (г.Ленинград, 1984 г.), на VI Всесоюзной конференции "Качественная теория дифференциальных уравнений" (г. Иркутск, 1986 г.), на научных школах по пакетам прикладных программ (г.Москва, 1987г. ; г.Иркутск, 1989 г.; г.Адлер, 1991 г.), на XIV конференции молодых ученых и специалистов ИТПМ СО АН СССР (г.Новосибирск, 1988 г.), на Всесоюзных школах-семинарах по комплексам программ математической физики (г. Абакан, 1988 т., г. Ростов- на-Дону, 1990г.), на ' Всесоюзных школах-семинарах "Современные проблемы механики едкости и газа" (г. Иркутск, 1988г.,1990г.), на Международной
школе-семинаре "Методы оптимизации и их приложения" (г.Иркутск, 1989 г.), на VI Всесоюзном научном совещании по теоретическим н прикладным аспектам турбулентных течений (г. Таллинн, 1989 г), на Международном семинаре "Компьютерная алгебра и ее применение в механике" (г. Новосибирск, 1990г.), на Международном семинаре "Метода и программное обеспечение для систем автоматического управления" (г. Иркутск, 1991г.), на объединенном городском семинаре по асимптотическим методам (ИрВЦ СО РАН , ИГУ, ИЛИ),
Публикации. Но теме диссертации опубликовано 15 работ, в которых отражено ее основное содержание. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка литературы, заключения и приложения. Объем диссертации - 159 страниц машинописного текста, рисунков - 43, список цитируемой литературы включает 139 наименований.
