[发明专利]计及静弹性变形影响的光固化快速成型风洞模型设计方法

摘要

本发明公开了一种计及静弹性变形影响的光固化快速成型风洞模型设计方法，针对光固化快速成型风洞模型较薄处（如翼尖、机翼边缘、舵面边缘等）刚度低、易变形等缺陷，采用气动/结构耦合分析方法预测模型结构变形与气动力间的映射关系，通过响应面法搜索模型耦合优化设计气动外形，使得风洞试验中模型变形后的气动外形和需要研究的巡航外形一致，从而获得模型相应的气动力特性，并利用典型的大展弦比飞行器模型验证实例风洞试验结果验证该方法的正确性和可行性。

主权项

一种计及静弹性变形影响的光固化快速成型风洞模型设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立光固化快速成型风洞模型的CFD/CSD耦合数值计算模型及网格：（1）建立描述光固化快速成型模型结构外形的三维结构几何参数化数据库，获得光固化快速成型模型的三维结构示意图；（2）对光固化快速成型模型表面进行离散化，划分模型物面非结构三角形网格，再划分模型内部结构计算区域网格，完成模型结构分析网格模型的生成；（3）对光固化快速成型模型表面进行离散化，划分模型表面结构四边形网格，再根据模型物面网格外推在数值计算空间区域，划分流体计算区域分析网格，完成模型物面、边界层内及空间流体计算区域网格模型的生成；步骤二、采用CFD/CSD耦合数值软件预测研究条件下的光固化快速成型模型弹性结构的静气动弹性变形：（1）根据结构和流体计算的不同要求，设置光固化快速成型模型结构和流体计算的边界区域及条件；（2）将所有学科耦合界面的三维空间节点投影到二维参数空间平面上，进行气动载荷和结构位移数据传递；（3）进行光固化快速成型模型CFD/CSD耦合数值计算；（4）采用双时间推进技术，在真实的物理时间迭代过程中，调用流体计算软件获得光固化快速成型模型物面气动力载荷，通过耦合数据传递方法将气动载荷参数传递于结构分析网格单元，进行结构应力、变形分析，完成一个时间步流体与结构耦合计算；沿着这个时间步长流体和结构分析进入到下一个时间步进行迭代计算；（5）当流体计算和结构计算过程迭代后的模型变形与气动力变化满足设定的约束条件时，则说明基于流体和结构的CFD/CSD耦合计算满足收敛条件，流体和结构耦合分析过程结束，获得光固化快速成型模型巡航状态下的结构外形；步骤三、基于响应面法搜索光固化快速成型模型的静气动弹性变形影响的优化气动外形：（1）根据光顺自由变形的数值计算网格模型参数化软件，建立优化计算复杂度可变的形状优化参数化模型；（2）利用基于响应面法的光固化快速成型模型气动/结构耦合优化软件，对光固化快速成型模型气动/结构耦合优化设计可行域内的扰动进行参数化建模，通过光顺自由变形操作得到设计可行域内的最优结构设计；步骤四、建立光固化快速成型模型风洞试验模型的复合结构形式，完成模型的设计与加工；步骤五、光固化快速成型模型气动特性风洞验证试验。