[發明專利]一種基于FFD方法的滿足工程約束的三維增升裝置參數化方法

有效

• 申請號: 201811297024.2
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109408987B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張煜;白俊強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種基于FFD方法的滿足工程約束的三維增升裝置參數化方法，首先測量三維增升裝置的位置參數，在初始構型的縫翼和襟翼上布置控制框，并對控制框內物面進行參數化擾動，改變控制框內縫翼、襟翼的幾何外形；根據位置參數將布置在初始構型縫翼和襟翼上的控制框逆轉至主翼上，得到主翼上相應物面網格點在對應控制框內的局部坐標；再根據位置參數將縫翼和襟翼上變形后的控制框逆轉至主翼上，得到主翼上相應物面網格點變形后的全局坐標向量。本發明使用FFD方法對增升裝置幾何外形的擬合精度得到保證，方法中主翼上交界面部分進行了處理，幾何一致性約束得到滿足，最后對生成的三段翼外形進行定軸旋轉與平移操作，解決了工程約束問題。

技術領域

本發明涉及一種基于FFD方法的滿足工程約束的三維增升裝置參數化方法，屬于飛行器設計技術領域。

背景技術

增升裝置對大多數運輸機的尺寸、噸位、經濟性及安全性都有重要的影響。對于當代典型的大型雙發運輸類飛機，增升裝置氣動特性較小的改善就能獲得全機綜合性能很大的收益。

由于增升裝置的流動機理極為復雜，所以長期以來工程中增升裝置的設計主要依靠工程師的經驗和大量的風洞試驗。而早期的增升裝置主要通過增加增升裝置的段數獲得較好的氣動性能，但會付出增加機構重量和復雜度的代價。當代的飛機設計師更傾向于使用滿足氣動性能要求的結構更簡單、更輕的增升裝置系統，如固定轉軸的簡單襟、縫翼裝置。這就對增升裝置的氣動設計提出了更高的要求。

計算機硬件的飛速發展及計算流體力學(Computational Fluid Dynamics，CFD)理論、算法的進步使得目前工程中進行基于求解雷諾平均N-S方程的二維多段翼型自動優化也在工程中得以實現。西北工業大學公開號為CN104765927A的專利《基于多學科的飛機增升裝置高低速綜合優化設計方法》，就提出了一種基于多學科的飛機增升裝置高低速綜合設計方法，該方法可以對二維多段翼型進行多目標自動優化。但對于三維增升裝置，由于構型幾何復雜，計算代價過高，流動影響因素過多等原因，三維增升裝置的自動優化至今在工程應用中仍難以實現。

而參數化是飛機優化設計的基礎，直接影響到飛機優化的結果，進而影響到整個飛機的氣動特性，因此參數化方法具有至關重要的作用。所以，提出一種能夠滿足工程約束、可以較好擬合三維增升裝置復雜幾何外形的參數化方法是非常必要的，這對于實現三維增升裝置自動優化至關重要。

現有的一些參數化方法大部分對于翼型來說具有很好的效果，但對于增升裝置這種復雜幾何外形效果有限。針對增升裝置的參數化方法需要滿足工程約束(符合固定轉軸簡單增升裝置機構要求，能夠對轉軸位置參數化)，幾何一致性約束(縫翼與主翼交界面一致，襟翼與主翼交界面一致)以及能以較高的精度擬合幾何外形。從國內外已經公開的專利來看，現存一些參數化方法對于增升裝置的處理難以滿足上述要求。

發明內容

為解決現有技術存在問題，本發明提出一種基于FFD方法的滿足工程約束的三維增升裝置參數化方法。其采用自由變形(Free Form Deformation，FFD)方法對三維增升裝置進行參數化，以較高的精度擬合復雜幾何外形，解決了工程約束和幾何一致性約束難以滿足的問題。

本發明的技術方案為：

所述一種基于FFD方法的滿足工程約束的三維增升裝置參數化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：測量三維增升裝置初始構型中的縫翼偏轉角度、縫翼轉軸位置、襟翼偏轉角度以及襟翼轉軸位置；

步驟2：在初始構型的縫翼和襟翼上布置控制框，其中控制框包圍的區域為：在增升裝置處于收起狀態時，縫翼以及襟翼中與主翼重疊的區域；對每個控制框采用以下步驟進行處理，實現對控制框內物面進行參數化擾動，改變控制框內縫翼、襟翼的幾何外形：

步驟2.1：對于某一控制框P，通過以下過程將控制框P內的所有物面網格點的全局坐標向量轉換為控制框P內的局部坐標：