基于小弧度翼型的多学科优化方法、系统、设备、介质技术方案

本发明专利技术属于飞行器优化技术领域，公开了一种基于小弧度翼型的多学科优化方法，包括翼型及网格的前处理部分、翼型参数化及动网格部分、气动数据评估部分、结构评估部分、隐身性能评估部分、多学科约束下寻优部分，翼型参数化部分通过使用FFD参数化方法使得模型表面网格与空间坐标点建立联系，通过扰动设计变量实现模型表面网格变化，并更新空间网格，气动数据评估部分通过流场求解器获得气动数据并进行评估，结构评估部分通过脚本对翼型体积及厚度进行评估，隐身性能评估部分通过电磁软件与脚本实现RCS的自动化评估，在气动、结构及隐身数据的基础上进行变形及寻优，进而得到多学科约束下的翼型最优解。束下的翼型最优解。束下的翼型最优解。

【技术实现步骤摘要】
基于小弧度翼型的多学科优化方法、系统、设备、介质


[0001]本专利技术属于飞行器优化设计
，具体涉及一种基于小弧度翼型的多学科优化方法、系统、设备、介质。

技术介绍

[0002]翼型优化设计是是飞行器优化设计的基础，传统的高内聚串行设计模式忽略了子系统之间的协同效应，得不到整体最优性能，同时设计过程花费时间长、经济成本高。当前领域的优化设计主要是针对单个学科，进行单一评估。但是由于气动、结构、隐身等多学科相互影响，相互耦合，若人为的将各因素割裂开来，会导致设计成本和开发周期难以接受。
[0003]因此，目前翼型领域的优化仅局限于单个或两个学科，忽略了多学科间相互耦合影响的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于小弧度翼型的多学科优化方法、系统、设备、介质，解决了目前飞行器优化仅局限于单个或两个学科，忽略了多学科间相互耦合影响的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于小弧度翼型的多学科优化方法，包括如下步骤：
[0007]S1.根据当前二维翼型进行前处理，获得模型网格，模型网格包括原始表面网格和原始空间网格；
[0008]前处理为将二维翼型缩放为单位弦长，并在展向延展一个单位长度，将二维翼型变为三维翼型；
[0009]S2.根据三维翼型构建FFD控制框，取翼型上下表面各五个控制点设定为设计变量，初步给定设计变量变化区间，完成FFD方法对原始表面网格的几何参数化，得到参数化后的表面网格；
[0010]S3.对设计变量随机赋值，对参数化后的表面网格进行变形，更新原始空间网格，得到更新空间网格，更新空间网格和参数化变形后的表面网格构成更新模型网格；
[0011]S4.将更新模型网格交给流场求解器进行流场计算，获得流场信息，对流场信息中的气动数据进行评估；
[0012]通过脚本对翼型体积及厚度进行计算，然后对翼型进行结构评估；
[0013]通过电磁软件与脚本实现雷达反射截面的自动化计算，然后对翼型进行隐身性能评估；
[0014]S5.将多学科信息评估后，进行计算寻优，对更新模型网格进行扰动，形成新的迭代预估构型，获得新一轮的气动数据、结构数据、隐身数据并评估，判断是否可以停止寻优；
[0015]如果满足迭代停止条件则优化停止，同时输出相应的优化结果；
[0016]如果条件不满足则返回S3，产生新的设计变量值，重新对空间网格进行变形。
[0017]进一步，S1具体为：
[0018]S101.将二维翼型长度取为单位弦长，后缘部分取预设厚度绘制网格，得到二维翼型模型网格；
[0019]S102.在二维翼型模型网格的基础上进行展向拉伸1m，形成三维网格，则获得原始表面网格和原始空间网格。
[0020]进一步，所述S2中，在原始表面网格建立FFD控制体，使得表面网格完全包含于控制体框，沿控制体的各边定义若干FFD控制点，此处的控制点即为设计变量，随后初步给的设计变量上下变化范围为0.05m，将控制框与表面网格冻结，以此建立表面网格与控制框的映射，完成表面网格的参数化，得到参数化后的表面网格。
[0021]进一步，所述S4中，将更新模型网格交给流场求解器进行流场计算，获得流场信息，流场信息包括气动数据，对气动数据进行评估，具体包括以下子步骤：
[0022]S401.将更新模型网格交给流场求解器进行流场计算，获得流场信息，其中气动数据包括流场压力、温度、摩擦力、流线、升力系数、阻力系数及力矩系数；
[0023]S402.将气动数据中的升力系数、阻力系数及力矩系数与期望数值进行比较，期望数值为目标函数和约束函数，其定义如下：
[0024]目标函数的具体形式为约束函数的具体形式为
[0025]上式中：A和B为权重系数，C
L
为升力系数，为目标升力系数值，C
D
为阻力系数，为目标阻力值；
[0026]S403.判断期望函数的值是否处于约束的条件内，约束条件为：升力系数C
L
的值不减少或者增加10％；或阻力系数C
D
的值不增加或者减小5％。
[0027]进一步，S4中，通过脚本对翼型体积进行计算，具体包括以下子步骤：
[0028]S501.在进行流场求解之后，获得流场信息中的当前模型文件并输出为stl格式；
[0029]S502.运行基于MATLAB的体积计算脚本文件；
[0030]S503.程序获取当前模型文件输出的路径，并解析当前模型文件内容；
[0031]S504.解析当前模型文件时调用循环函数对文件进行逐行读取；
[0032]S505.读取当前模型文件内容后，将字符型数据存储在指针上；
[0033]S506.判断字符型数据中的向量是否为面法向量；
[0034]S507.根据S506判断，若为面法向量，则读取每个面法向量的空间坐标；
[0035]S508.判断字符型数据中的某一点是否为顶点坐标；
[0036]S509.根据S508判断，读取每个三角形的三个顶点的空间坐标；
[0037]S5010.根据三角形顶点计算并输出当前文件中三角形的数目；
[0038]S5011.根据三角形顶点坐标，将每个三角形面与原点相联系建立四面体，判断当前体积法向量是否指向原点，若指向原点则体积符号规定为正，若背离原点则规定体积符号为负号；
[0039]S5012.根据S5011得到四面体数量，结合雅各比行列式计算所有四面体体积；
[0040]S5013.根据S5012计算得到四面体的体积，结合S5011对四面体体积的正负判断，对所有带体积符号的四面体进行遍历求和，得到模型的体积；
[0041]S5014.对模型的体积进行评估，判断当前模型体积是否大于等于初次计算所得模
型体积值；
[0042]若当前模型体积相较于初次计算所得模型体积增大，表示满足期望；
[0043]若当前模型体积相较于初次计算所得模型体积减小，则表示当前模型不满足要求，返回S3后重新计算。
[0044]进一步，S4中，通过脚本对翼型厚度进行计算，具体包括以下子步骤：
[0045]S601.在运行结束体积计算脚本后，启动运行tecplot脚本；
[0046]S602.对S501得到的当前模型文件的指定位置进行切片，输出当前截面信息；
[0047]S603.将当前截面信息切换到XYLine模式下，保存当前截面信息为dat格式的文件；
[0048]S604.保存截面信息后，启动基于python的厚度处理的脚本文件；
[0049]S605.获取截面信息文件输出的路径，并读取截面信息文件内容；
[0050]S606.读取截面信息文件时，从指定行获得数值，并将数据存为dataframe的形式；
[0051]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于小弧度翼型的多学科优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.根据当前二维翼型进行前处理，获得模型网格，模型网格包括原始表面网格和原始空间网格；前处理为将二维翼型缩放为单位弦长，并在展向延展一个单位长度，将二维翼型变为三维翼型；S2.根据三维翼型构建FFD控制框，取翼型上下表面各五个控制点设定为设计变量，初步给定设计变量变化区间，完成FFD方法对原始表面网格的几何参数化，得到参数化后的表面网格；S3.对设计变量随机赋值，对参数化后的表面网格进行变形，更新原始空间网格，得到更新空间网格，更新空间网格和参数化变形后的表面网格构成更新模型网格；S4.将更新模型网格交给流场求解器进行流场计算，获得流场信息，对流场信息中的气动数据进行评估；通过脚本对翼型体积及厚度进行计算，然后对翼型进行结构评估；通过电磁软件与脚本实现雷达反射截面的自动化计算，然后对翼型进行隐身性能评估；S5.将多学科信息评估后，进行计算寻优，对更新模型网格进行扰动，形成新的迭代预估构型，获得新一轮的气动数据、结构数据、隐身数据并评估，判断是否可以停止寻优；如果满足迭代停止条件则优化停止，同时输出相应的优化结果；如果条件不满足则返回S3，产生新的设计变量值，重新对空间网格进行变形。2.根据权利要求1所述的一种基于小弧度翼型的多学科优化方法，其特征在于，S1具体为：S101.将二维翼型长度取为单位弦长，后缘部分取预设厚度绘制网格，得到二维翼型模型网格；S102.在二维翼型模型网格的基础上进行展向拉伸1m，形成三维网格，则获得原始表面网格和原始空间网格。3.根据权利要求1所述的一种基于小弧度翼型的多学科优化方法，其特征在于，所述S2中，在原始表面网格建立FFD控制体，使得表面网格完全包含于控制体框，沿控制体的各边定义若干FFD控制点，此处的控制点即为设计变量，随后初步给的设计变量上下变化范围为0.05m，将控制框与表面网格冻结，以此建立表面网格与控制框的映射，完成表面网格的参数化，得到参数化后的表面网格。4.根据权利要求1所述的一种基于小弧度翼型的多学科优化方法，其特征在于，所述S4中，将更新模型网格交给流场求解器进行流场计算，获得流场信息，流场信息包括气动数据，对气动数据进行评估，具体包括以下子步骤：S401.将更新模型网格交给流场求解器进行流场计算，获得流场信息，其中气动数据包括流场压力、温度、摩擦力、流线、升力系数、阻力系数及力矩系数；S402.将气动数据中的升力系数、阻力系数及力矩系数与期望数值进行比较，期望数值为目标函数和约束函数，其定义如下：目标函数的具体形式为约束函数的具体形式为
上式中：A和B为权重系数，C
L
为升力系数，为目标升力系数值，C
D
为阻力系数，为目标阻力值；S403.判断期望函数的值是否处于约束的条件内，约束条件为：升力系数C
L
的值不减少或者增加10％；或阻力系数C
D
的值不增加或者减小5％。5.根据权利要求1所述的一种基于小弧度翼型的多学科优化方法，其特征在于，S4中，通过脚本对翼型体积进行计算，具体包括以下子步骤：S501.在进行流场求解之后，获得流场信息中的当前模型文件并输出为stl格式；S502.运行基于MATLAB的体积计算脚本文件；S503.程序获取当前模型文件输出的路径，并解析当前模型文件内容；S504.解析当前模型文件时调用循环函数对文件进行逐行读取；S505.读取当前模型文件内容后，将字符型数据存储在指针上；S506.判断字符型数据中的向量是否为面法向量；S507.根据S506判断，若为面法向量，则读取每个面法向量的空间坐标；S508.判断字符型数据中的某一点是否为顶点坐标；S509.根据S508判断，读取每个三角形的三个顶点的空间坐标；S5010.根据三角形顶点计算并输出当前文件中三角形的数目；S5011.根据三角形顶点坐标，将每个三角形面与原点相联系建立四面体，判断当前体积法向量是否指向原点，若指向原点则体积符号规定为正，若背离原点则规定体积符号为负号；S5012.根据S5011得到四面体数量，结合雅各比行列式计算所有四面体体积；S5013.根据S5012计算得到四面体的体积，结合S5011对四面体体积的正负判断，对所有带体积符号的四面体进行遍历求和，得到模型的体积；S5014.对模型的体积进行评估，判...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，张扬，郑宇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：