【技术实现步骤摘要】
一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法及系统
本专利技术涉及旋翼翼型设计
，特别是涉及一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法及系统。
技术介绍
我国地形西高东低，西部青藏高原平均海拔在5000m以上，高原环境的低气温、低空气密度及低气压等特点会对发动机的性能以及旋翼的气动性能和操纵性能造成很大的影响，使之与平原环境下具有很大区别。目前，国内外有若干直升机实现了高原飞行，包括美国的“黑鹰”直升机和国内AC313直升机，然而这些直升机多是依靠更高功率的发动机才得以实现高原飞行，并未针对旋翼翼型进行改进。与平原环境相比，高原上的空气密度较低，相同的翼型升力系数只能产生较小的升力，相同的旋翼拉力系数也只能产生较小的拉力；与此同时，由于雷诺数的降低，翼型的失速迎角可能会减小。因此，高原环境对旋翼翼型提出了在较低雷诺数情况下要具有高升力、低阻力和力矩的要求。适用于高原环境的旋翼翼型不仅可以提高高原环境下旋翼的气动性能，还可以减轻高原环境下发动机的负担。国内外针对直升机旋翼翼型的设计已经开展了大量的研究工作，...
【技术保护点】
1.一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法，其特征在于，包括：/n采用类别形状函数变换方法对基准翼型进行拟合，得到拟合基准翼型；/n采用拉丁超立方抽样法随机生成样本翼型的样本点；/n依据所述拟合基准翼型和所述样本点，得到样本翼型外形函数；/n依据所述样本翼型外形函数和翼型流场控制方程，计算高原环境下样本翼型的流场特性；所述流场特性包括升力系数、阻力系数和力矩系数；/n采用kriging模型和EI加点策略建立所述样本点和所述流场特性之间的映射关系；/n基于所述映射关系，采用NSGA-Ⅱ算法确定最优样本翼型个体参数；所述最优样本翼型个体参数是由最优流场特性对应的样本翼型的样...
【技术特征摘要】
1.一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法，其特征在于，包括：
采用类别形状函数变换方法对基准翼型进行拟合，得到拟合基准翼型；
采用拉丁超立方抽样法随机生成样本翼型的样本点；
依据所述拟合基准翼型和所述样本点，得到样本翼型外形函数；
依据所述样本翼型外形函数和翼型流场控制方程，计算高原环境下样本翼型的流场特性；所述流场特性包括升力系数、阻力系数和力矩系数；
采用kriging模型和EI加点策略建立所述样本点和所述流场特性之间的映射关系；
基于所述映射关系，采用NSGA-Ⅱ算法确定最优样本翼型个体参数；所述最优样本翼型个体参数是由最优流场特性对应的样本翼型的样本点确定的；所述最优流场特性包括最优升力系数、最优阻力系数和最优力矩系数；
由所述最优样本翼型个体参数和所述拟合基准翼型生成旋翼翼型；所述旋翼翼型为适用于高原环境的直升机旋翼翼型。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法，其特征在于，所述由所述最优样本翼型个体参数和所述拟合基准翼型生成旋翼翼型，具体包括：
确定基准翼型参数；所述基准翼型参数为所述拟合基准翼型中的参数；
由所述基准翼型参数和所述最优样本翼型个体参数得到最优翼型参数
其中，表示基准翼型参数，xopt表示最优样本翼型个体参数，f表示将样本点数据转化为翼型参数的函数；
由所述最优翼型参数生成旋翼翼型
yopt表示旋翼翼型上下翼面的纵坐标，xopt表示旋翼翼型上下翼面的横坐标，i表示设计变量编号。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法，其特征在于，所述依据所述样本翼型外形函数和翼型流场控制方程，计算高原环境下样本翼型的流场特性，具体包括：
由所述样本翼型外形函数确定样本翼型的样本点的坐标；
确定初始网格；所述初始网格是由所述坐标生成的；
依据所述坐标和所述初始网格，采用基于Poisson方程的椭圆方程网格生成方法生成绕翼型的C型结构贴体网格；所述Poisson方程为
其中，(ξ,η)表示计算平面下曲线坐标系中的点，(ξ,η)与物理平面下直线坐标系中的点(x,y)存在映射关系，P(ξ,η)为正交性控制函数，Q(ξ,η)为疏密程度控制函数；
计算所述C型结构贴体网格中每个网格单元的面积和每个网格单元的体积；
由所述面积、所述体积、守恒变量、对流通量项和粘性通量项，确定翼型流场控制方程；所述翼型流场控制方程为
其中，t为物理时间，Fc为对流通量项，Fv为粘性通量项，Ω为网格单元的体积，S为网格单元的面积，W为守恒变量，
ρ为空气密度，E为总能，H为总焓，p为压强，u为x轴方向上的速度分量，v为y轴方向上的速度分量，Vr为相对运动速度，Vt为网格的移动速度，(nx,ny)为网格单元面单位法矢，τxx为作用在与x轴垂直的平面上且沿着x轴方向的粘性应力分量，τxy为作用在与x轴垂直的平面上且沿着y轴方向的粘性应力分量，τyy为作用在与y轴垂直的平面上且沿着y轴方向的粘性应力分量，Θx为粘性应力作用项，Θy为热传导作用项；
对所述翼型流场控制方程求解；所述翼型流场控制方程的解W＝[ρρuρvρE]T；
由所述翼型流场控制方程的解计算高原环境下样本翼型的流场特性。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法，其特征在于，所述映射关系为：
其中，为升力系数的预测值，为阻力系数的预测值，为力矩系数的预测值，Yl为样本翼型的样本点对应的升力系数Cl组成的向量，Yd为样本翼型的样本点对应的阻力系数Cd组成的向量，Ym为样本翼型的样本点对应的力矩系数Cm组成的向量，Yl＝[Cl1Cl2…Clns]T，Yd＝[Cd1Cd2…Cdns]T，Ym＝[Cm1Cm2…Cmns]T，ns表示样本翼型的样本点数目，x表示待预测翼型的数据矢量，表示样本翼型的第i个设计变量对应的第j个样本点，i为设计变量编号，j为样本翼型的样本点的编号，fl为x和之间的映射关系，fd为x和之间的映射关系，fm为x和之间的映射关系。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成方法，其特征在于，所述基于所述映射关系，采用NSGA-Ⅱ算法确定最优样本翼型个体参数，具体包括：
随机产生规模为N的初始种群；
采用所述映射关系计算当前代种群中每个个体对应的升力系数、阻力系数和力矩系数；
依据当前代种群中个体对应的升力系数、阻力系数和力矩系数对当前代种群中的所有个体进行快速非支配排序，并通过遗传算法的选择、交叉和变异操作得到当前代父代种群；种群的代数等于遗传算法的迭代次数；
采用所述映射关系计算当前代父代种群中每个个体对应的升力系数、阻力系数和力矩系数；
依据当前代父代种群中个体对应的升力系数、阻力系数和力矩系数对当前代父代种群中的所有个体进行快速非支配排序，再通过遗传算法的选择、交叉和变异操作得到当前代子代种群；
将所述当前代父代种群和所述当前代子代种群合并，得到当前代合并后的种群；
采用所述映射关系计算所述当前代合并后的种群中每个个体对应的升力系数、阻力系数和力矩系数；
依据当前代合并后的种群中个体对应的升力系数、阻力系数和力矩系数对所述当前代合并后的种群中的所有个体进行快速非支配排序，并计算每个非支配层中的个体拥挤度；
依据快速非支配排序结果和所述个体拥挤度在所述当前代合并后的种群中选取满足预设条件的个体，构成下一代父代种群；
判断所述下一代父代种群对应的种群代数是否等于预设最大迭代次数；
若否，则将所述下一代父代种群作为当前代父代种群，并返回所述采用所述映射关系计算当前代父代种群中每个个体对应的升力系数、阻力系数和力矩系数；
若是，则将所述下一代父代种群中的个体确定为最优翼型样本点；所述最优翼型样本点为最优流场特性对应的样本翼型的样本点；
由所述最优翼型样本点得到最优样本翼型个体参数。
6.一种适用于高原环境的直升机旋翼翼型生成系统，其特征在于，包括：
拟合模块，用于采用类别形状函数变换方法对基准翼型进行拟合，得到拟合基准翼型；
样本点生成模块，用于采用拉丁...
【专利技术属性】
技术研发人员：招启军，井思梦，王博，赵国庆，陈希，王清，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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