基于双层代理模型的无人机气动隐身综合设计

张德虎，高正红，李焦赞，黄礼铿

（西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室，陕西 西安 710072）

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现代完善的防空体系与隐蔽的任务目标要求作战飞机具有优秀的隐身突防能力、较远的航程和较长的制空时间。飞翼布局无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）是突入敌方领空进行侦查、探测或轰炸的理想工具，美国诺斯罗普·格鲁曼公司研制的X47B无人机（图1）是该方面最具代表性的飞机之一。本文基于该飞机布局形式展开飞翼布局无人机气动隐身综合设计方法研究。

图1 X47B三面图（单位：ft）Fig.1 Three views of X47B（unit：ft）

现代飞翼布局无人机一般在跨声速飞行，流场较为复杂，所以本文采用Navier－Stokes（NS）方程数值求解方法［1］分析飞机气动特性。另外，飞翼布局无人机主要用于突防执行任务，而地面预警雷达主要工作在甚高频和超高频波段，电磁波波长与飞机特征尺寸在同一量级，不满足电磁波高频假设，所以无法使用高频算法分析飞机隐身特性；本文采用稀疏矩阵方法（Sparse Matrix Method，SMM）［2，3］计算飞机雷达反射截面（Radar Cross Section，RCS），该方法为矩量法（Method of Momenr，MOM）［4］的改进算法，在保证较高分析精度的同时具有更高的计算效率。

由于NS方程数值求解方法和SMM 算法计算过程比较复杂，计算量太大，无法直接用于优化设计，所以本文构造了两种分析方法的双层代理模型（Double－Stage Metamodel，DSM 模型）［5］在优化过程中代替原模型进行分析。DSM 模型由插值型和回归型两类代理模型构造而成，集成了两类代理模型的优点，具有比传统代理模型更高的预测精度。

基于代理模型的优化设计（Metamodel－Based Design Optimization，MBDO）策略主要分为三种［6－7］：顺序法、自适应方法和直接选样法，图2为三种优化策略的示意图。……