运载火箭一般在头部设有整流罩,其作用是在大气层内飞行段保护有效载荷、承受气动载荷和热流,并使火箭维持良好的气动外形。为了使运载火箭整流罩受到较小的气动加热和气动载荷,以某直径为9.5 m的运载火箭为基础,采用数值计算和工程计算等方法,分别计算钝度比为1、0.875、0.75、0.625、0.5的5种冯卡门曲线整流罩的全箭气动特性、整流罩气动加热、锥柱界面脉动压力等参数,得到钝度比等于1的冯卡门曲线外形的整流罩前锥所受到的气动加热、局部的气动载荷均小于钝度比小的整流罩。

随着运载火箭研发模式转变,快速迭代和协同优化设计成为主要发展方向,这就要求作为小回路论证中重要一环的气动特性计算能够实现在线输出数据,亟需研究一种快速计算气动特性的代理模型,代替耗时的CFD计算和风洞试验参与到总体优化设计中。综合比较多种快速计算途径,选择高斯基Kriging插值和BP神经网络两种方法构建代理模型。使用脚本控制的Cart3D软件生成数值试验样本,样本点精度与Fluent软件计算误差小于14%。通过样本点训练、内参优化和加点策略,最终获得相对误差小于10%的代理模型,能够实现给定外形参数在线秒级输出气动数据,极大地推动了气动计算在总体论证中的作用。