[发明专利]一种适用于非轴对称层流短舱设计的参数化方法

说明书

本发明公开了一种适用于非轴对称层流短舱设计的参数化方法，包括：步骤1，对待变形短舱划分用于数值模拟的计算网格；步骤2，在待变形短舱表面搭建控制框架并布设控制点；步骤3，根据需求给定控制点的位移变化量；步骤4，利用径向基函数插值方法，根据待变形短舱表面的控制点、控制点的位移变化量和计算网格节点，计算待变形短舱表面的计算网格节点的位移变化量；步骤5，将待变形短舱表面的计算网格节点的坐标与待变形短舱表面的计算网格节点的位移变化量叠加，得到变形后的短舱。本发明通过搭建待变形短舱表面的控制框架并布设控制点，采用径向基函数插值技术，根据控制点的位移变化量快速准确地计算出变形后的层流短舱构型。

技术领域

本发明涉及飞行器气动优化设计和外形参数化领域，尤其是一种适用于非轴对称层流短舱设计的参数化方法。

背景技术

在飞行器及其部件的气动优化设计过程中，气动外形参数化方法的性质对计算时间、设计空间的本质特性与范围有着十分深刻的影响。搜索设计空间的计算量随着设计参数的增加而呈指数倍增长，优化设计所选用的参数化方法在保证最优解包含在设计空间中的同时，必须能够使用尽量少的参数和足够高的精度来定义几何外形，以降低设计过程中的计算量。

现有参数化方法可以分为两大类：

1)直接几何外形参数化方法：CST翼型参数化方法、B样条曲面建模方法、非均匀有理B样条曲面建模方法；

2)调整基准几何外形的参数化方法：自由变形(Free Form Deformation,FFD)参数化方法、Wagner翼型参数化方法、Hicks-Henne翼型参数化方法。

在实际型号工程设计中，CST翼型参数化方法和自由变形参数化方法较为常用。

CST翼型参数化方法使用一个类别函数(Class Function)和一个形状函数(ShapeFunction)来表示几何外形的类别形状函数变换(Class-Shape-Transformation,CST)。类别函数用来定义几何外形的种类，从而形成基本的几何外形，所有同类型几何外形都由这个基本外形派生出来。形状函数的作用是对类别函数所形成的基本外形进行修正，从而生成设计过程所需要的几何外形。CST参数化方法在表示翼型等光滑几何外形时，具有简单直观、参数少和精度高的优点，但不具备几何外形的局部修改能力。

自由变形参数化方法在待变形的三维外形周围构造一个框架将其包围起来，并对该框架上的点与三维外形上的点构造映射关系。控制框架上的点被称为控制点，通过拉动控制点可以改变框架的形状，根据已经建立的映射关系，待变形的三维外形也会随着框架的变形而变形，并且新的外形可以根据框架的变形量和映射关系计算出来。该方法可方便地融入传统的造型系统中，可保持任意阶的导矢连续性，可整体、也可局部地使用，但在建立映射关系时，需要求解逻辑坐标，对于网格量较大的复杂外形，计算时间较长。

层流短舱一般是非轴对称构型，在设计过程中更为关注的是外壁面和唇口附近的形状，因此需要一种适用于局部变形的参数化方法；短舱的参数化建模仅是设计过程中的一部分，后续还伴随着计算网格变形和流场的数值模拟，因此期望短舱的参数化能够与后续工作模块紧密结合，统一处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种适用于非轴对称层流短舱设计的参数化方法，通过搭建待变形短舱表面的控制框架并布设控制点，采用径向基函数插值技术，根据控制点的位移变化快速准确地计算出变形后的层流短舱构型。

本发明采用的技术方案如下：

一种适用于非轴对称层流短舱设计的参数化方法，包括以下步骤：

步骤1，对待变形短舱划分用于数值模拟的计算网格；

步骤2，在待变形短舱表面搭建控制框架并布设控制点；

步骤3，根据需求给定控制点的位移变化量；