[發(fā)明專利]基于類別形狀函數(shù)的二元自由造型進氣道優(yōu)化設計方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110588063.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113221483B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 茍建軍;黃文鈺;龔春林;李天綱;王健磊;吳蔚楠;陳兵
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種基于類別形狀函數(shù)的二元自由造型進氣道優(yōu)化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立二元進氣道基準構(gòu)型模型，確定基本幾何參數(shù)，利用類別形狀函數(shù)法對壓縮面進行參數(shù)化建模，將類別形狀函數(shù)的控制參數(shù)作為二元自由造型進氣道優(yōu)化設計模型的優(yōu)化變量；

根據(jù)設計要求，選擇評估狀態(tài)點，確定二元自由造型進氣道優(yōu)化設計模型的約束條件；

根據(jù)進氣道吸入流量和發(fā)動機需求流量之間的匹配關(guān)系，確定涵蓋不同馬赫數(shù)下二元進氣道性能的二元自由造型進氣道優(yōu)化設計模型的目標函數(shù)；

利用流體動力學計算不同狀態(tài)下的進氣道性能參數(shù)，得到優(yōu)化設計模型的目標函數(shù)值，進一步優(yōu)化得到二元自由造型進氣道的優(yōu)化設計構(gòu)型；

進行參數(shù)化建模具體步驟為：

將二元進氣道壓縮段看作一條直線，建立二元進氣道基準構(gòu)型模型，確定其基本幾何參數(shù)，利用類別形狀函數(shù)法對二元進氣道壓縮段進行參數(shù)化建模，將類別形狀函數(shù)的控制參數(shù)作為二元自由造型進氣道優(yōu)化設計模型的優(yōu)化變量；

確定二元自由造型進氣道優(yōu)化設計模型的優(yōu)化變量具體包括以下步驟：

將二元進氣道壓縮段看作一條直線，建立二元進氣道構(gòu)型基準模型，確定其基本幾何參數(shù)，包括：進氣道長度L、唇口距前緣長度L_f、隔離段長度L_in、進氣道迎風高度H_c和喉道高度H_t；AB段是進氣道的壓縮面，是進行優(yōu)化設計的區(qū)域；進氣道的長度L由前體的長度給定；進氣道的迎風高度H_c決定了進氣道的捕獲面積，由發(fā)動機需求確定；喉道高度H_t通過內(nèi)收縮比的大小計算；唇口距前緣長度L_f無法直接計算得出，先計算隔離段的長度L_in，再由L_f＝L-L_in求出L_f；根據(jù)所需抗反壓能力的大小求出隔離段的長度L_in；進氣道的壓縮面AB段是對氣流進行壓縮，是進行參數(shù)化的區(qū)域；

在基本幾何參數(shù)確定后，在坐標系中確定A、B點的坐標，將壓縮面看做是經(jīng)過兩點的曲線，利用類別形狀函數(shù)法選擇曲線方程進行擬合；

進而將類別形狀函數(shù)中的控制參數(shù)作為二元自由造型進氣道優(yōu)化設計模型的優(yōu)化變量；

采用類別形狀函數(shù)法對二元進氣道的壓縮面進行參數(shù)化建模，具體方法為：

使用一個類別函數(shù)和一個形狀函數(shù)S(ψ)來表示一條曲線：

式中，ψ＝x/S；其中：S為首末點的直線距離，x為橫軸坐標，y為與x相垂直的縱軸坐標；

類別函數(shù)定義了曲線的形狀種類，形成了基本的曲線形狀，所有同類型的曲線形狀均由基本形狀演變而來，類別函數(shù)的表達式為：

式中，N₁和N₂的取值決定了曲線幾何外形的類別；N₁決定了曲線頭部的形狀，其值越小，頭部曲率越大；N₂該決定了曲線尾部的形狀，其值越小，尾部曲率越大；

形狀函數(shù)S(ψ)可以對類別函數(shù)形成的曲線基本形狀進行修正，最終生成設計過程所需要的曲線形狀；通過n階Bernstein多項式的加權(quán)和來表示形狀函數(shù)S(ψ)，表達式為：

式中，是Bernstein多項式，n是多項式的階數(shù)，i是多項式中的指數(shù)；b_i是權(quán)重因子，是CST方法中需要確定的參數(shù)；

在已知曲線的兩個端點坐標時，可以用來表示曲線方程，需要確定的參數(shù)為N₁、N₂、b_i，i＝0,1,2,…,n，然后將這些參數(shù)作為優(yōu)化變量開展優(yōu)化設計；

確定二元自由造型進氣道的優(yōu)化設計模型的目標函數(shù)采用以下方法：

根據(jù)進氣道吸入流量和發(fā)動機需求流量之間的匹配關(guān)系，采用歸一化的方法，對不同評估狀態(tài)點的流量系數(shù)與總壓恢復系數(shù)σ的正比或反比或其它組合方式進行加權(quán)求和，以確定涵蓋不同馬赫數(shù)下二元進氣道性能的目標函數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于類別形狀函數(shù)的二元自由造型進氣道優(yōu)化設計方法，其特征在于，對不同評估狀態(tài)點的流量系數(shù)與總壓恢復系數(shù)σ的比或反比或其它組合方式進行加權(quán)求和，權(quán)重系數(shù)為推力P對的導數(shù)的絕對值，當目標函數(shù)最小時，發(fā)動機產(chǎn)生的推力最大，進而確定涵蓋不同馬赫數(shù)下二元進氣道性能的目標函數(shù)。