【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高超声速进气系统，具体是涉及为高超声速进气道的一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法。
技术介绍
1、高超声速推进系统设计成为航空航天工程的热点问题，内转进气道具有压缩效率高，总压损失小和流量全捕获等优点，广泛应用于高超声速推进系统中，起到对来流进行高效压缩、为发动机提供足量推力，是实现飞行器大航程、高机动的关键部件，因此，内转进气道的设计起到了至关重要的作用。
2、内转进气道的气动型面是从内压缩锥形基准流场中通过流线追踪获得，因此，基准流场的性能好坏直接影响了内转进气道的气动性能，在进气道设计过程中，最重要的就是基准流场设计。
3、当前基准流场设计中大多数通过流场拼接和特征线反设计获得，前者是通过将icfa流场和截短buseman流场拼接在一起获得，后者是给定沿程的压力/马赫数分布，通过特征线手段反求出壁面形状。作为传统的基准流场设计方法，两者均存在一定局限性：前者只能适用于均匀入流，在非均匀入流条件下则无法生成；后者只关注于壁面的参数分布，而对于流场内部尤其是出口截面则无法做到精确调控，且流场性能还有进一步提升空间。鉴于此，急需一种适用于复杂入流条件、出口参数可控的最优性能的基准流场设计方法
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供适用于复杂入流条件、出口参数可控和具有最优性能的一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法。有效解决上述
技术介绍
中提出的两种经典基准流场设计方法：流场拼接方法难以适用于复杂入流条件；特征线反设计方法
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术包括以下步骤：
4、1)根据飞行器总体要求，确定基准流场长度和收缩比；
5、2)构造基准流场壁面形状，对壁面形状进行参数化设计，确定壁面的设计参数和对应的上下限；
6、3)对基准流场的流体域进行网格划分，确定网格数量；
7、4)对流体域进行数值模拟，获得流场性能；
8、5)根据设计要求，确定基准流场的优化问题，优化设计问题包括：设计目标、设计约束、设计变量；
9、6)利用多目标优化算法，当迭代次数达到最大次数时，确定基准流场的最优设计变量和最优的基准流场。
10、在步骤2)中，所述构造基准流场壁面形状的具体步骤可为：对壁面形状进行参数化设计，壁面形状由贝塞尔曲线构成，壁面形状由四个控制点p1,p2,p3,p4.控制，通过改变四个控制点位置，生成任意形状的三次贝赛尔曲线；其中，p1的坐标为(0，1)，p4的坐标由基准流场长度l和收缩比cr确定，优化变量p2x,p2y和p3x，在各自的坐标约束范围内移动。
11、在步骤3)中，所述对基准流场的流体域进行网格划分，基于超限插值法，设置网格数量，对流场域进行网格划分，网格生成程序可由matlab编制。
12、在步骤4)中，所述对流体域进行数值模拟，具体步骤可为：
13、对轴对称欧拉方程进行时空离散处理，通量计算采用roe格式，采用muscl二阶格式提高激波捕捉精度，进口采用超音入流条件，出口采用超音出流条件，壁面采用滑移边界条件，流场求解程序由matlab编制；
14、所述获得流场性能，基于流场网格点的气动性能，对进口和出口位置的网格数组进行流量平均处理，获取出口马赫数、总压和静压等气动参数，得到基准流场的出口马赫数、总压恢复系数和压比。
15、在步骤5)中，所述优化设计问题中，所述设计目标为总压恢复系数和增压比；所述设计变量为p2和p3的坐标，所述设计约束为p2和p3坐标的上下限。
16、在步骤6)中，所述确定基准流场的最优设计变量和最优的基准流场的具体步骤可为：
17、基于多目标优化算法，初始化种群，计算目标函数值，获取个体历史最优解，从中根据拥挤度最大原则筛选出非支配解作全局最优解，根据当前种群点的位置和速度确定下一步进化的位置和位置，更新个体最优解和全局最优解，当超过迭代次数时，获得非支配解集，即pareto最优解。在pereto最优解集中，根据需求获得最优设计变量和基准流场，多目标优化算法由matlab编制。
18、与现有的经典基准流场设计方法相比，本专利技术的设计方法的有益效果：
19、本专利技术方法基于多目标优化问题，在首先确定流场长度和收缩比的前提下，可利用matlab编制网格生成程序、流场求解程序和多目标优化程序，获取具有最优性能的基准流场构型解集。本专利技术的基准流场设计方法适用于复杂入流条件，并且充分利用轴心处的高压缩效率区域，使得基准流场在长度受限下具有较高的压比，此外，本专利技术方法兼顾总压恢复系数和压比，使得基准流场的综合性能最优。
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1.一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤2)中，所述构造基准流场壁面形状的具体步骤为：对壁面形状进行参数化设计，壁面形状由贝塞尔曲线构成，壁面形状由四个控制点P1,P2,P3,P4.控制，通过改变四个控制点位置，生成任意形状的三次贝赛尔曲线；其中，P1的坐标为(0，1)，P4的坐标由基准流场长度L和收缩比CR确定，优化变量P2x,P2y和P3x，在各自的坐标约束范围内移动。
3.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤3)中，所述对基准流场的流体域进行网格划分，基于超限插值法，设置网格数量，对流场域进行网格划分，网格生成程序由matlab编制。
4.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤4)中，所述对流体域进行数值模拟，具体步骤为：
5.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤4)中，所述获得
6.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤5)中，所述优化设计问题中，所述设计目标为总压恢复系数和增压比；所述设计变量为P2和P3的坐标，所述设计约束为P2和P3坐标的上下限。
7.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤6)中，所述确定基准流场的最优设计变量和最优的基准流场的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于包括以下步骤：
2.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤2)中，所述构造基准流场壁面形状的具体步骤为：对壁面形状进行参数化设计，壁面形状由贝塞尔曲线构成，壁面形状由四个控制点p1,p2,p3,p4.控制，通过改变四个控制点位置，生成任意形状的三次贝赛尔曲线；其中，p1的坐标为(0，1)，p4的坐标由基准流场长度l和收缩比cr确定，优化变量p2x,p2y和p3x，在各自的坐标约束范围内移动。
3.如权利要求1所述一种基于多目标优化的内转进气道基准流场设计方法，其特征在于在步骤3)中，所述对基准流场的流体域进行网格划分，基于超限插值法，设置网格数量，对流场域进行网格划分，网格生成程序由matlab编制。
4.如权利要求1所述一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱剑锋，郝常凯，罗文果，俞宗汉，尤延铖，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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