[发明专利]基于离散伴随的层流翼型优化方法

权利要求书

1.一种基于离散伴随的层流翼型优化方法，其特征在于，其包括以下步骤，

步骤S1：通过自由变形参数化方法实现层流翼的几何参数化,包括：建立自由变形参数化方法的控制框和物面的映射关系；针对层流翼的第一几何外形，利用自由变形控制点改变所述第一几何外形以获得变形后的层流翼的第二几何外形，其中，所述控制点在某个维度上对应的变化量为设计变量；

步骤S2：基于逆距离权重的动网格技术，分别对所述第一几何外形和第二几何外形进行处理，以获得对应的第一表面网格和变形后的第二表面网格，并计算第一表面网格因变形而导致的法向扭转角和对应的平移距离，从而获得变形后的空间网格；

步骤S3：基于简化e^N方法的转捩预测方法和基于Spalart-Al lmaras一方程湍流模型的RANS方程，以变形后的空间网格作为几何输入量，并基于给定的状态输入量，求解流场状态变量Q和转捩位置状态变量T_r；

步骤S4：通过基于RANS-BLCode-AFM转捩预测方法的耦合伴随方程,求解流场状态变量Q和转捩位置状态变量T_r相对于所述设计变量的梯度；

步骤S5：根据所述梯度和序列二次规划算法，判断优化是否收敛，若未收敛，则根据所述梯度和序列二次规划算法确定新的设计变量，然后以新的设计变量重复进行步骤S1-S4，直到收敛。

2.根据权利要求1所述的基于离散伴随的层流翼型优化方法，其中，步骤3中，先利用RANS方程进行固定转捩计算流场以得到输出A、第一次的流场残差……第N次的流场残差，当第N次流场残差相比第一次流场残差降低10^-8量级后，判定为内部收敛无需继续计算，将此时第N次计算所得的流场解和输入的空间网格作为简化e^N方法的转捩预测方法中的转捩模块的输入，进一步获得转捩位置(x)，并采用间歇因子函数修正，之后将新的转捩位置返回RANS方程，循环迭代，直至流场解收敛。

3.根据权利要求1所述的基于离散伴随的层流翼型优化方法，其中，步骤3中，RANS求解器的求解方程表示为：

其中为RANS方程的残差，Q是RANS方程的状态变量，转捩预测问题描述为：

其中，为转捩模块的残差，T_r为转捩位置状态变量，T_p为转捩位置预测值，转捩问题描述为以下形式：

其中X为所述变形后的空间网格对应的几何输入量，R为转捩残差。

4.根据权利要求3所述的基于离散伴随的层流翼型优化方法，其中，步骤4中，针对全湍流状态，耦合伴随方程表示为：

其中为RANS方程的残差，Q为RANS方程对应的状态变量，其包含密度ρ、速度v、压力p及湍流变量ν，ψ为RANS方程对应的伴随向量，I为目标函数，将残差向量，状态变量以及对应的伴随向量分成关于RANS方程和转捩预测方法的两部分，

其中，残差变量状态变量Y及对应的伴随向量Ψ，φ为转捩模块对应的伴随向量，

RANS-BLCode-AFM的耦合伴随方程为：

代表RANS方程残差关于其状态变量Q的雅可比矩阵，表示转捩状态变量T_r的变化对RANS方程残差的影响，当转捩位置发生变化时，对应的间歇因子改变，从而改变了涡粘性系数，最终也导致了RANS方程其它状态变量的变化；为转捩模块的残差关于转捩位置的雅可比矩阵；表示转捩模块残差关于RANS状态变量Q的偏导数；代表目标函数对RANS方程状态的偏导数；为目标函数关于转捩位置的偏导数，当目标函数为升力系数C_l，阻力系数C_d以及力矩系数C_m时，其直接由RANS的状态变量决定，该项偏导数为0，而当目标函数为转捩位置时，该项值不为0。