一种加速飞行器流场收敛的初值重映方法技术

本发明专利技术涉及一种基于初值重映技术获得中间外形初值，以此来加速流场收敛的方法，属于飞行器外形优化技术领域。基于动网格的思想，在考虑网格变形影响的基础上将当前外形的定常解重新映射到新外形上，以此来为新外形构造更接近定常解的初值分布。本发明专利技术相比常用的远场来流或直接复制自由度，可以更好的加速流场收敛；相比保极大极小值的限制器结合流场初值重映技术，允许的外形变化尺度更大。翼型减阻实施例结果显示本发明专利技术可以大幅度的提高翼型优化的效率，缩短优化设计的周期，有着很高的工程应用价值。工程应用价值。工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种加速飞行器流场收敛的初值重映方法


[0001]本专利技术涉及飞行器外形设计领域，具体涉及一种加速飞行器流场收敛的初值重映方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于计算流体力学的飞行器外形优化设计得到了快速的发展。飞行器外形优化设计就是不断的调整设计变量，然后进行流场模拟、目标评估的过程。因此，在优化过程中产生大量的新外形，这里“新”是相对概念，下一个外形相对于当前外形都可以称作新外形。我们需要对大量的新外形进行流场模拟到定常状态来评估其气动性能。目前在工程中使用较为广泛的是二阶有限体积格式来模拟流场，该方法计算量较小。随着工程中对精度要求的不断提高，以直接间断有限元(DDG)为代表的高精度数值方法逐渐的被应用到流场求解中，但是由于DDG方法计算量较大，再加上大量的中间外形需要模拟到定常状态，完成完整的优化过程需要大量的时间，这在实际应用中是难以接受的。
[0003]对于飞行器流场模拟，目前有两种常用的初值构造策略，其一是以远场自由来流作为初值，但该方法效率极低；另一种是直接复制当前外形的自由度作为初值，但由于该方法没有考虑到网格变形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速飞行器流场收敛的初值重映方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据飞行器的初始外形分别获取初始外形网格单元和初始外形设计变量；基于远场自由来流进行初始化获取初始外形网格单元的自由度，然后对所述初始外形进行流场模拟获得所述初始外形网格单元的定常解；S2、将步骤S1所述初始外形进行优化调整获取新外形设计变量，调整步骤S1所述初始外形网格单元获得新外形网格单元；S3、依据初值重映策略将步骤S1所述初始外形网格单元的定常解映射到步骤S2所述新外形网格单元上得到重映后的自由度，依据所述新外形网格单元上得到重映后的自由度获取新外形网格单元的重映后的解；S4、将步骤S3所述重映后的解进行修正，获得重映后的修正解；然后将所述修正解作为步骤S2所述新外形的初值，将步骤S2所述的新外形通过流场模拟进行目标值评估；根据评估结果重复步骤S2
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S4进行优化设计至所述目标值收敛，将最终获取的飞行器外形表征为最优外形。2.根据权利要求1所述的初值重映方法，其特征在于，步骤S1所述对所述飞行器进行流场模拟获得所述初始外形网格单元的定常解，具体步骤包括：S11、获取飞行器的初始外形，根据所述初始外形生成初始外形对应的网格单元；对所述初始外形进行参数化获取所述初始外形的设计变量；S12、基于步骤S11所述初始外形网格单元使用远场自由来流进行初始化获得初始外形网格单元自由度；S13、基于步骤S12所述初始外形网格单元自由度进行流场模拟，获得初始外形的定常解；所述流场模拟方法为直接间断有限元方法DDG。3.根据权利要求2所述的初值重映方法，其特征在于，步骤S12所述获取初始外形网格单元的自由度具体包括：选取远场自由来流作为初始外形的初值；建立间断有限元多项式解空间，将所述初始外形的初值投影到所述间断有限元多项式解空间中，获得关于初始自由度的线性方程组；所述线性方程组的系数矩阵以及右端项的获取通过高斯数值积分方式计算得到；通过求解所述线性方程组获取初始外形网格单元自由度向量。4.根据权利要求2所述的初值重映方法，其特征在于，步骤S13所述初始外形网格单元自由度进行流场模拟具体包括：在翼型粘性流动表达式两端乘以基函数获得粘性流动表达式的弱形式，在初始外形网格单元上分部积分并进行有限元展开，数值通量替换，得到粘性流动方程的半离散格式，对所述初始外形常微分方程进行一阶欧拉隐式时间离散并在当前时间步泰勒展开获取线性方程组，求解所述线性方程组，时间推进到残差为零获得初始外形的定常解。5.根据权利要求4所述的初值重映方法，其特征在于，所述粘性流动方程的半离散格式表达式为：
其中，Ω为二维翼型流场的计算区域，包含互不重叠的E个网格单元Ω
e
，e＝1,2,3

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁钢，张斌，王坤，曹奎，张孝涛，袁炜雄，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：