[发明专利]一种基于数字样机的高速飞行器结构强度设计方法和流程

权利要求书

1.一种基于数字样机的高速飞行器结构强度设计方法和流程，其特征在于，实现步骤如下：

步骤一：根据高速飞行器强度设计多物理场分析需求，建立面向工程实现的高速飞行器结构强度设计流程，根据总体设计要求，基于不同阶段仿真模块的运行，实现不同物理场的输入输出交互，实现面向总体设计指标的飞行器运动学、气动流场、结构强度应力场、热载荷以及动力学学科和物理场的耦合动态特性仿真，具体包括：

根据其飞行包线和外形设计，仿真分析获得热载荷及气动载荷，进行气动热分析，获取的热载荷和气动载荷是后续热防护系统设计与分析、热结构完整性评估的基础输入条件；

根据气动热分析结果和热防护知识库开展热防护设计，并与气动热分析构成迭代流程；

基于气动热分析输出和热防护系统设计，开展热结构/结构仿真分析评估，根据热结构强度知识库开展热结构强度仿真分析，该仿真分析与热防护分析构成迭代分析流程；

最后通过电磁仿真分析，判断相关设计是否满足电磁环境设计要求；

步骤二：建立仿真环境，以仿真类型进行模块功能划分，构成参数驱动的模块化仿真环境；

步骤三：采用基于知识重用的快速建模技术，构建基于CAD技术的数字样机，建立适用于不同仿真模块的以有限元模型为基础的数字样机，满足各阶段仿真设计需求；所述步骤三中的以参数化CAD技术数字样机为基础，调用材料、构件知识库，根据仿真模块的建模要求，通过参数化手段，建立数字仿真分析的数字样机，具体包括：

获取沿飞行包线时间历程的高速飞行器全机大面积及局部气动热环境，通过既有气动布局及飞行包线，完成气动热大面积区域快速计算，完成气动热数值计算、风洞试验结果相关性分析，建立气动热数据库；

根据热载荷、热环境条件和热防护系统的热防护效果，建立机体结构的热载荷条件，对机体结构进行温度选材及热环境下的结构刚度分析，并提取刚度矩阵；利用结构在不同温度载荷环境下的刚度矩阵，通过计算分析获得结构刚度随温度的变化趋势及规律，另一方面对结构进行热模态分析；在热模态分析的基础上，与不同的载荷条件耦合进行包括热气弹、热致振动在内的相关动力学设计与分析；基于热模态分析的结果，与气动力相结合，对飞行器部件或全机进行气动弹性分析，即热气弹性分析；

步骤四：根据仿真模块输入输出特性，建立不同功能模块间的数据传输及映射协议，以数字样机驱动设计流程；

步骤五：以数字样机为基础，开展基于设计流程的结构强度优化设计。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字样机的高速飞行器结构强度设计方法和流程，其特征在于：所述步骤一中的仿真分析流程根据高速飞行器设计流程，对飞行器运动学、气动流场、结构强度应力场、热载荷、动力学综合进行物理场解耦，形成基于数字样机仿真分析的飞机结构迭代设计流程；解耦为不同阶段的分析，通过各阶段的数据交互构成完整的高速飞行器结构强度设计流程。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字样机的高速飞行器结构强度设计方法和流程，其特征在于：所述步骤二中的仿真环境，通过基于快速建模的数字样机和自定义接口实现不同功能的耦合仿真，构成参数化驱动的模块化仿真环境，形成开放式架构环境，仿真环境应用框架体系结构分别为运行环境层、基础构建层、通用组件层、功能应用层，基础构件层是支撑集成应用框架运行的基础操作环境，包括自定义组件、第三方组件、仿真工具集成应用框架，具备跨平台特征，面向及工程开发的单机或者集群环境，通用组件层为多专业综合仿真流程管理、数据共享提供通用的支撑组件或模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字样机的高速飞行器结构强度设计方法和流程，其特征在于：所述步骤四中的制定满足仿真环境输入格式的映射协议，建立仿真模块输入输出等效、等量传递，驱动数字样机按设计流程进行仿真；基于数字样机的高速飞行器结构强度设计及仿真环境，以功能模块为基础，以工作流程为驱动，建立功能模块间的通讯协议，实现功能模块的耦合，完成多物理场和多环境条件下的综合分析，建立模块间逻辑关系和数据流关系，在平台的总体架构下，对数据接口进行分析设计，实现功能模块的相互耦合，从而驱动热一体化仿真流程。