[發(fā)明專(zhuān)利]仿生鳥(niǎo)翼覆羽的渦流發(fā)生器及其優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811035897.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109190256B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓悅;辛政;胡興軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/15;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種仿生鳥(niǎo)翼覆羽的渦流發(fā)生器，若干個(gè)渦流發(fā)生器分別通過(guò)膠粘布置在平面或曲面(5)上，用于改善安裝區(qū)域的流場(chǎng)特性，其特征在于：渦流發(fā)生器的橫截面(1)形狀為等腰三角形，按照來(lái)流方向(13)，各橫截面(1)的腰長(zhǎng)沿發(fā)展線(4)按等比規(guī)律增長(zhǎng)；各橫截面(1)相應(yīng)點(diǎn)連線為曲線，所述相應(yīng)點(diǎn)為頂點(diǎn)A(6)、頂點(diǎn)B(8)、頂點(diǎn)C(7)；所述的等腰三角形為等腰鈍角三角形；根據(jù)渦流影響區(qū)寬度(14)，使用1個(gè)或多個(gè)渦流發(fā)生器，邊界處兩側(cè)渦流發(fā)生器間距(12)等于或大于渦流影響區(qū)寬度；所述的多個(gè)渦流發(fā)生器，各渦流發(fā)生器間距(15)為最大橫截面頂點(diǎn)間距離m，渦流影響區(qū)或分離區(qū)寬度為n，渦流發(fā)生器個(gè)數(shù)為k，k為正整數(shù)，確定m＝n/(k-1)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生鳥(niǎo)翼覆羽的渦流發(fā)生器，其特征在于：所述的按照來(lái)流方向(13)，各橫截面頂角α(3)不變，最大橫截面上腰長(zhǎng)為L(zhǎng)(2)，在與來(lái)流方向相反的方向上取垂直于設(shè)計(jì)表面的四個(gè)平面，平面與發(fā)展線交點(diǎn)距離為d，在四個(gè)平面上的橫截面腰長(zhǎng)為L(zhǎng)_i(i＝1,2,3,4)；L，L₁,L₂,L₃,L₄組成等比數(shù)列，公比q1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生鳥(niǎo)翼覆羽的渦流發(fā)生器，其特征在于：所述的各橫截面(1)的頂點(diǎn)A(6)以一曲線相連，該曲線與安裝表面接觸，曲率與安裝表面曲率一致，各三角形的橫截面的腰AB與安裝表面相接或相切，腰AC由頂角α確定，各橫截面(1)的頂點(diǎn)A(6)相連形成曲線l₁(9)，各橫截面(1)的頂點(diǎn)B(8)相連形成曲線l₂(11)，各橫截面(1)的頂點(diǎn)C(7)相連形成曲線l₃(10)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生鳥(niǎo)翼覆羽的渦流發(fā)生器，其特征在于：所述的渦流發(fā)生器布置在發(fā)生邊界層分離的前方或生湍流影響嚴(yán)重的部位。

5.一種根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的仿生鳥(niǎo)翼覆羽的渦流發(fā)生器的優(yōu)化方法，其特征在于，包含如下步驟：

步驟(1)確定所要改變流場(chǎng)區(qū)域的沿氣流發(fā)生方向的尺寸為a，橫向尺寸為b，作用區(qū)域?yàn)榍鏁r(shí)，兩尺寸沿曲面；取d等于a/4，取n等于或略大于或略小于b，由k為整數(shù)做出修正；

步驟(2)以橫截面頂角α，最大橫截面腰長(zhǎng)L，公比q，間距m為設(shè)計(jì)變量，確定樣本數(shù)量N，N≥(w+1)(w+2)/2,w為設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)；

步驟(3)根據(jù)所要改變流場(chǎng)區(qū)域的長(zhǎng)度a，寬度b確定各設(shè)計(jì)變量的取值區(qū)間，用拉丁超立方法生成樣本數(shù)據(jù)作為優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟(4)根據(jù)樣本數(shù)據(jù)建立N組幾何模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，以升阻比為優(yōu)化目標(biāo)，得出每組樣本的升阻比導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟(5)利用RBF模型近似建模，利用模擬退火算法進(jìn)行全局優(yōu)化，得出全局最優(yōu)解。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿生鳥(niǎo)翼覆羽的渦流發(fā)生器的優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(5)所述的利用RBF模型近似建模，利用模擬退火算法進(jìn)行全局優(yōu)化，包含如下步驟：

步驟(5.1)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造RBF近似模型

式中，x_i為樣本點(diǎn)；φ是基函數(shù)，高斯函數(shù)||x-x_i||為兩點(diǎn)間的歐氏距離；λ_i為第i個(gè)基函數(shù)的系數(shù)；p_j為線性多項(xiàng)式函數(shù)；μ_j為線性多項(xiàng)式函數(shù)的系數(shù)；u為線性多項(xiàng)式函數(shù)的個(gè)數(shù)；

由差值條件和正交條件可將上式寫(xiě)成矩陣形式

式中，A_ij＝φ(||x_j-x_i||)；P_ij＝p_j(x_i)；求解可得λ、μ；

步驟(5.2)用均方根誤差RMSE來(lái)檢驗(yàn)近似模型的精度

式中，r為驗(yàn)證點(diǎn)的個(gè)數(shù)；f(x_i)為驗(yàn)證點(diǎn)的真實(shí)值，由仿真計(jì)算得到；當(dāng)RMSE≤0.1時(shí)精度達(dá)到要求，否則，重新建立數(shù)據(jù)庫(kù)，建立近似模型；

步驟(5.3)利用自適應(yīng)模擬退火算法得出全局最優(yōu)解，設(shè)置迭代次數(shù)，初始溫度參數(shù)，溫度衰減系數(shù)，初始解，進(jìn)行循環(huán)求解，當(dāng)多次循環(huán)結(jié)果的變化值小于閾值時(shí)，循環(huán)結(jié)束，得到最優(yōu)解；

步驟(5.4)根據(jù)最優(yōu)方案建立幾何模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證結(jié)果；仿真結(jié)果和優(yōu)化結(jié)果的誤差Δ小于或等于5％。