[发明专利]一种环帆伞气动性能进行优化的方法

摘要

本发明涉及一种环帆伞气动性能进行优化的方法，本发明先通过流固耦合计算工具获得环帆伞在指定工况下的伞衣压强分布、伞绳结点力曲线和稳态外形文件，然后根据伞绳结点力曲线进行环帆伞稳态起始时刻判定和稳态周期选取，之后将环帆伞伞衣依据梯形幅位置划分为多个同心环组并计算各自的伞衣内外表面有效压差，最后通过调整局部结构的方式减小有效压差最大部位的透气量、增大有效压差最小部位的透气量并得到新的环帆伞结构，重新进行流固耦合计算并评估新结构的气动性能，反复迭代直至达到优化目标。本发明在不改变环帆伞整体构型的基础上优化环帆伞的气动性能。

主权项

一种环帆伞气动性能进行优化的方法，其特征在于步骤如下：(1)提取伞绳结点力时间历程曲线，从t＝0开始沿时间轴正方向查找第一个周期曲线段，该段曲线起始时刻估计值为tstd＝tstd0，时间长度估计值为Tf＝Tf0，取该段曲线的时间均值，记为取[tstd+Tf,tstd+2Tf]曲线段的时间均值，记为若|Fb‾-Fa‾|Fa‾≤5%]]>则认为当前tstd即是环帆伞进入稳态周期段的起始时刻且稳态周期段周期为Tf并进入步骤(2)，否则取Tf＝ATf重复计算上式直至满足上式条件，若计算过程中若Tf值大于B倍Tf0，则重取Tf＝Tf0，并令tstd＝tstd+Tf，继续计算直至满足上式条件；(2)若伞绳结点力时间历程曲线包括至少D个周期段，则进入步骤(3)，否则根据Tf延长足够的数值仿真时长重新进行数值仿真计算以满足要求，并进入步骤(3)；(3)判断气动性能是否需要优化，若不需要优化，则进入步骤(9)，否则计算伞绳结点力来流方向分量在t＝[tstd,tstd+DTf]区间内的时间均值与环帆伞中轴线在D个稳态周期内的最大摆角θmax，并将换算为环帆伞的阻力系数CD；(4)获取环帆伞每环平均压差和有效投影面积；(4a)根据每个梯形幅在伞衣幅上的不同位置，将环帆伞伞衣由顶部至裙边按梯形幅序号划分为不同的伞衣环；记每环伞衣片单元内外压差曲线在D个周期内的时间均值为ΔPi,ele，则环帆伞每环平均压差ΔPi为{ΔPi,ele}的算术平均：ΔPi=ΣΔPi,eleni]]>其中i为幅序号，取正整数，ele为单元序号，ni为第i个伞衣环包含的伞衣片单元总数；(4b)记每个伞衣片单元的面积矢量为Sele、来流方向矢量为rele，则伞衣环在垂直来流方向平面内的有效投影面积Si为：Si＝∑Sele·rele；(5)计算每环的有效压差ΔPei：ΔPei＝ΔPi×Si；(6)根据每环有效压差的不同调整环帆伞局部结构尺寸：调整方式如下：(6a)找到最大有效压差所在的伞衣环的幅序号m；通过减小伞衣环缝、减小月牙缝宽度或更换低透气量材料的方式减小最大有效压差在伞衣幅相应位置的透气量ΔWl；m的取值小于等于i；(6b)找到最小有效压差所在伞衣环的幅序号n，通过增大缝宽、增大月牙缝宽度或更换高透气量材料的方式增大最小有效压差在伞衣幅相应位置的透气量ΔWm，若最小压差分布在顶孔附近，则增大顶孔直径；n的取值小于等于i；(7)校核伞衣面积与透气量，若满足下式则进入步骤(8)，否则减小步骤(6)中参数调整增量，重新按照下式计算直至满足要求，并进入步骤(8)；|ΔWm-ΔWl|W≤20%;]]>其中，W为该次优化前环帆伞结构的总透气量；(8)根据优化后的环帆伞结构参数重新进行仿真计算，并进入步骤(1)开始下一步的迭代优化；所述优化后的环帆伞结构参数为步骤(6)调整后的伞衣环缝、月牙缝宽度以及更换的低透气量材料或者高透气量材料；(9)结束。