一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法技术

本发明专利技术提出了一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法，能够对所建立的参数化模型的气膜冷却效率进行分析，使得在优化变量允许的范围内，气膜冷却效率最佳。本发明专利技术克服传统人工优化技术的不足，基于UG的参数化建模，通过CFD计算，对所建立的参数化模型的气膜冷却效率进行分析，使得在优化变量允许的范围内，气膜冷却效率最佳，能够有效的减小人工优化所带来的耗时耗力，极大的提高优化效率。极大的提高优化效率。极大的提高优化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法


[0001]本专利技术涉及水下无人航行器
，具体涉及一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法。

技术介绍

[0002]传统的人工优化水下无人航行器气膜冷却结构耗时耗力，且得出的优化结果存在一定的离散性，往往不一定能寻得最优的结果。isight作为集成各种仿真及耦合软件模块的优化设计平台，在工业优化设计领域已经得到广泛的应用。随着优化理论的不断深入和优化算法的不断完善，借助isight优化平台进行优化寻优已成为优化设计的一种趋势，但是目前还没有借助isight优化平台进行水下无人航行器结构优化的方法。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提出了一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法，能够对所建立的参数化模型的气膜冷却效率进行分析，使得在优化变量允许的范围内，气膜冷却效率最佳。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，利用UG对所需优化的水下无人航行器气膜冷却结构进行参数化建模，设置模型结构所需要的优化参数，获取从UG导出的参数化模型；
[0007]步骤2，利用批处理脚本在ICEM中对参数化模型进行自动网格划分，并利用ICEM脚本录制功能，记录对参数化模型网格划分步骤；
[0008]步骤3，将网格文件导入CFX中，在CFX中批处理实现网格模型的边界条件设置、求解计算和输出求解结果，并输出求解所需的目标函数；整个过程利用CFX自带的脚本录制功能全程录制；
[0009]步骤4，将UG自动更新程序、ICEM网格脚本批处理程序、CFX批处理程序分别集成到isight软件中，并将UG自动更新程序、ICEM网格脚本批处理程序、CFX批处理程序与isight自带的优化组件模块相连，实现整个优化过程的闭合循环；通过isight调用不同程序，实现从参数化建模到网格划分再到CFD求解的全自动化处理过程；在isight的优化组件模块中，根据实际优化需求选用isight自带的优化算法。
[0010]其中，所述步骤4中，利用isight驱动UG自动更新模型，并驱使ICEM对更新后模型进行自动网格划分，最后驱动CFX对更新的网格模型进行设置求解并输出对应的目标函数。
[0011]其中，将集成有优化算法的optimization优化模块添加到isight中，确定参数化模型的优化变量的取值范围和目标函数的收敛方向；对优化算法进行相应的调整设置，基于相应的优化算法对参数化模型的优化变量进行自动寻优，并获取最佳的优化设计参数及目标函数结果。
[0012]其中，所述步骤2中，若模型参数的变化范围不大，采用六面体结构化网格划分，若
模型的参数在优化时变化较大，则选用非结构化网格划分。
[0013]其中，所述步骤1中，利用自编C++程序，实现参数化模型的自动读取、参数改变以及新模型生成，并导出为x_t格式文件。
[0014]有益效果
[0015]1、本专利技术克服传统人工优化技术的不足，基于UG的参数化建模，通过CFD计算，对所建立的参数化模型的气膜冷却效率进行分析，使得在优化变量允许的范围内，气膜冷却效率最佳，能够有效的减小人工优化所带来的耗时耗力，极大的提高优化效率。
[0016]2、本专利技术方法不止仅限于对气膜冷却结构的优化，若模型结构能进行参数化设计，均可采用该方法进行相应的优化设计，是一种较为通用的优化设计方法。
[0017]3、本专利技术中，对模型进行网格划分，若模型参数的变化范围不大，可采用六面体结构化网格划分，若模型的参数在优化时变化较大，则选用非结构化网格划分，以避免网格自动生成时出现错误，影响整个优化过程。在对初始模型进行ICEM网格划分时，利用脚本对整个网格划分过程进行录制，后续更新模型的网格生成以初始模型为基础，利用录制的批处理脚本文件，实现全自动化网格划分。
附图说明
[0018]图1是本专利技术方法流程图。
[0019]图2为本专利技术水下无人航行器涡轮叶片气膜孔结构示意图。
[0020]图3是本专利技术气膜冷却结构参数定义示意图。
[0021]图4为本专利技术isight优化流程示意图。
[0022]图5为本专利技术选用多岛遗传算法的优化历程图。
[0023]图6(a)为本专利技术优化前气膜冷却效率原型结果图。
[0024]图6(b)为本专利技术优化后气膜冷却效率优化结果图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0026]一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0027]步骤1，利用UG对所需优化的水下无人航行器气膜冷却结构进行参数化建模，设置模型结构所需要的优化参数，获取从UG导出的参数化模型。水下无人航行器气膜冷却结构示意图如图2所示。在进行优化设计，气膜孔优化设计变量选用气膜孔入射角θ，复合角α，其参数定义如图3所示。确保进行优化时，调整优化变量，整个模型能随着优化参数的变化而发生相应的改变。
[0028]具体地，可以利用自编C++程序，实现参数化模型的自动读取、参数改变和新模型生成，并导出为x_t格式文件。对于具体气膜冷却结构模型，在UG中的参数化建模过程中，其主要的优化参数包括气膜孔结构的入射角θ，复合角α、孔长l、孔径d等。同时，根据实际求解需求，确定参数化模型的优化参数取值范围。通过UG二次开发程序，实现参数化模型的自动打开，参数化更新模型，自动保存模型并输出为x_t指定格式文件。
[0029]步骤2，利用批处理脚本在ICEM中对参数化模型进行自动网格划分，并利用ICEM脚本录制功能，记录对参数化模型网格划分步骤。具体方式为：将参数化模型导入ICEM中，通
过脚本批处理文件，实现对参数化模型的自动网格划分，并导出相应网格模型；利用ICEM的脚本录制功能，记录并储存在ICEM中对参数化模型的网格划分过程。
[0030]进一步地，若模型参数的变化范围不大，可采用六面体结构化网格划分，若模型的参数在优化时变化较大，则选用非结构化网格划分，以避免网格自动生成时出现错误，影响整个优化过程。在对初始模型进行ICEM网格划分时，利用脚本对整个网格划分过程进行录制，后续更新模型的网格生成以初始模型为基础，利用录制的批处理脚本文件，完成对更新后模型的自动网格划分流程，实现全自动化网格划分。
[0031]步骤3，将网格文件导入CFX中，在CFX中批处理实现网格模型的前处理、求解和后处理，并输出求解所需的目标函数(如温度场、流场等)。其中，前处理为对模型进行相应的边界条件设置；求解为进行求解计算；后处理为求解结束后输出求解结果。
[0032]前处理、求解及后处理整个过程需利用CFX自带的脚本录制功能全程录制，确保在优化过程中，参数化模型改变后，CFD能保证顺利计算求解并输出每一次优化时的目标函数。通过脚本文件，将整个CFD前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下无人航行器气膜冷却结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用UG对所需优化的水下无人航行器气膜冷却结构进行参数化建模，设置模型结构所需要的优化参数，获取从UG导出的参数化模型；步骤2，利用批处理脚本在ICEM中对参数化模型进行自动网格划分，并利用ICEM脚本录制功能，记录对参数化模型网格划分步骤；步骤3，将网格文件导入CFX中，在CFX中批处理实现网格模型的边界条件设置、求解计算和输出求解结果，并输出求解所需的目标函数；整个过程利用CFX自带的脚本录制功能全程录制；步骤4，将UG自动更新程序、ICEM网格脚本批处理程序、CFX批处理程序分别集成到isight软件中，并将UG自动更新程序、ICEM网格脚本批处理程序、CFX批处理程序与isight自带的优化组件模块相连，实现整个优化过程的闭合循环；通过isight调用不同程序，实现从参数化建模到网格划分再到CFD求解的全自动化处理过程；在isight的优化组件模块中，根据实际优化需求选用isight自带的优化算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐虎，龚锋，李孟捷，王蓉，万宇祥，
申请(专利权)人：宜昌测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：