[发明专利]一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质

说明书

本发明公开了一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质，涉及风洞设计领域，包括：根据风洞的运行条件，定义风洞运行马赫数、运行压力以及运行包线上各点的概率密度函数；获得风洞待设计部段的压力损失性能指标η与几何参数d的对应关系，基于对应关系定义η在运行包线上的数学期望E(η)和标准差S(η)，基于概率密度函数求取E(η)和S(η)；针对风洞待设计部段的压力损失性能最小化的优化问题，对E(η)和S(η)开展多目标优化问题求解，得到多目标优化问题的非支配解集合；基于风洞设计要求和风洞待设计部段的工况综合性能，从非支配解集合中选择获得风洞待设计部段的设计参数，本方法能够使得设计出的风洞部段在整个运行包线上的综合性能最优。

技术领域

本发明涉及风洞设计领域，具体地，涉及一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质。

背景技术

连续式跨声速风洞运行工况通常包含一个连续的区域，这个区域由马赫数Ma、稳定段总压P₀、总温T₀三个参数可能范围组成的三维空间，称为运行包线，其中Ma^-≤Ma≤Ma⁺，P₀^-≤P₀≤P₀⁺，T₀^-≤T₀≤T₀⁺。对于组成连续式跨声速风洞的部段而言，其压力损失是决定风洞运行成本(即压缩机输入功率)的主要指标。在设计部段过程中，需要在满足其它约束的条件下，选择部段的几何参数，得到压力损失最小的设计方案。通常的单点部段设计，其内涵是针对某个特定的马赫数、稳定段总压、总温，来选择恰当的部段几何参数d，使得部段的压力损失最小化。对于运行包线中的其他工况点，其压力损失通常只将其约束到一定的范围。而为了在整个工况范围内有更好的综合性能，多点设计则选择几个工况点作为设计点，优化部段的几何参数，使得在几个工况点上，压力损失最小化。即便是采取多点设计方法，也不能保证风洞部段在整个运行包线上的综合性能最优。

发明内容

为了使得设计出的风洞部段在整个运行包线上的综合性能最优，本发明提供了一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种连续式跨声速风洞部段设计方法，所述方法包括：

步骤1：根据风洞的运行条件，定义风洞运行马赫数、运行压力以及运行包线上各点的概率密度函数；

步骤2：获得风洞待设计部段的压力损失性能指标η与几何参数d的对应关系，基于所述对应关系定义所述η在运行包线上的数学期望E(η)和标准差S(η)，基于所述概率密度函数求取所述E(η)和所述S(η)；

步骤3：针对风洞待设计部段的压力损失性能最小化的优化问题，对E(η)和S(η)两个指标开展多目标优化问题求解，得到多目标优化问题的非支配解集合；

步骤4：基于风洞设计要求和风洞待设计部段的工况综合性能，从所述非支配解集合中选择获得风洞待设计部段的设计参数。

其中，本方法采用基于概率分布函数的方法来描述运行过程中各工况点的权值，提供一种基于数学期望和方差的描述方法，采用多目标优化的方法来求解转化得到的多目标优化问题，最终得到在整个运行包线中所有工况点上综合性能最佳的风洞设计方案。与传统的单个或者多个设计点设计方法相比，得到的设计结果在整个运行包线内各点的综合性能都得到了较好的表征，有利于部段设计性能优化。