[發明專利]一種適用于非軸對稱層流短艙設計的參數化方法

在審

• 申請號: 201811635815.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109726478A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 劉紅陽;黃江濤;周鑄;余婧;余雷
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑

本發明公開了一種適用于非軸對稱層流短艙設計的參數化方法，包括：步驟1，對待變形短艙劃分用于數值模擬的計算網格；步驟2，在待變形短艙表面搭建控制框架并布設控制點；步驟3，根據需求給定控制點的位移變化量；步驟4，利用徑向基函數插值方法，根據待變形短艙表面的控制點、控制點的位移變化量和計算網格節點，計算待變形短艙表面的計算網格節點的位移變化量；步驟5，將待變形短艙表面的計算網格節點的坐標與待變形短艙表面的計算網格節點的位移變化量疊加，得到變形后的短艙。本發明通過搭建待變形短艙表面的控制框架并布設控制點，采用徑向基函數插值技術，根據控制點的位移變化量快速準確地計算出變形后的層流短艙構型。

技術領域

本發明涉及飛行器氣動優化設計和外形參數化領域，尤其是一種適用于非軸對稱層流短艙設計的參數化方法。

背景技術

在飛行器及其部件的氣動優化設計過程中，氣動外形參數化方法的性質對計算時間、設計空間的本質特性與范圍有著十分深刻的影響。搜索設計空間的計算量隨著設計參數的增加而呈指數倍增長，優化設計所選用的參數化方法在保證最優解包含在設計空間中的同時，必須能夠使用盡量少的參數和足夠高的精度來定義幾何外形，以降低設計過程中的計算量。

現有參數化方法可以分為兩大類：

1)直接幾何外形參數化方法：CST翼型參數化方法、B樣條曲面建模方法、非均勻有理B樣條曲面建模方法；

2)調整基準幾何外形的參數化方法：自由變形(Free Form Deformation,FFD)參數化方法、Wagner翼型參數化方法、Hicks-Henne翼型參數化方法。

在實際型號工程設計中，CST翼型參數化方法和自由變形參數化方法較為常用。

CST翼型參數化方法使用一個類別函數(Class Function)和一個形狀函數(ShapeFunction)來表示幾何外形的類別形狀函數變換(Class-Shape-Transformation,CST)。類別函數用來定義幾何外形的種類，從而形成基本的幾何外形，所有同類型幾何外形都由這個基本外形派生出來。形狀函數的作用是對類別函數所形成的基本外形進行修正，從而生成設計過程所需要的幾何外形。CST參數化方法在表示翼型等光滑幾何外形時，具有簡單直觀、參數少和精度高的優點，但不具備幾何外形的局部修改能力。

自由變形參數化方法在待變形的三維外形周圍構造一個框架將其包圍起來，并對該框架上的點與三維外形上的點構造映射關系。控制框架上的點被稱為控制點，通過拉動控制點可以改變框架的形狀，根據已經建立的映射關系，待變形的三維外形也會隨著框架的變形而變形，并且新的外形可以根據框架的變形量和映射關系計算出來。該方法可方便地融入傳統的造型系統中，可保持任意階的導矢連續性，可整體、也可局部地使用，但在建立映射關系時，需要求解邏輯坐標，對于網格量較大的復雜外形，計算時間較長。

層流短艙一般是非軸對稱構型，在設計過程中更為關注的是外壁面和唇口附近的形狀，因此需要一種適用于局部變形的參數化方法；短艙的參數化建模僅是設計過程中的一部分，后續還伴隨著計算網格變形和流場的數值模擬，因此期望短艙的參數化能夠與后續工作模塊緊密結合，統一處理。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種適用于非軸對稱層流短艙設計的參數化方法，通過搭建待變形短艙表面的控制框架并布設控制點，采用徑向基函數插值技術，根據控制點的位移變化快速準確地計算出變形后的層流短艙構型。

本發明采用的技術方案如下：

一種適用于非軸對稱層流短艙設計的參數化方法，包括以下步驟：

步驟1，對待變形短艙劃分用于數值模擬的計算網格；

步驟2，在待變形短艙表面搭建控制框架并布設控制點；

步驟3，根據需求給定控制點的位移變化量；