[发明专利]一种考虑气动和结构多类型设计变量的机翼设计方法

摘要

本发明公开了一种考虑气动和结构多类型设计变量的机翼设计方法，首先根据气动设计过程得到的外形控制变量，利用三维类别/形状函数构建参数化外形，获取气动外形点的笛卡尔坐标，并在外形点的基础上生成光滑气动外形曲面；通过拾取机翼结构树中的可控设计变量，实现给定外形下的机翼内部结构布置；利用以RBF插值代表的邻域插值技术，以气动外形为约束，实现结构布置与外形参数的高效随动匹配；通过文件定位解析的方法，针对不同类型设计变量在模型树上存在的独立或依存关系，最终完成气动/结构学科耦合作用下的三维机翼设计。本发明兼顾了气动/结构两个学科的内容，实现了模型的联动更新，具有通用性强、适用广泛方便的特点。

主权项

1.一种考虑气动和结构多类型设计变量的机翼设计方法，其特征在于：实现步骤如下：第一步：将机翼气动外形控制参数写入文本文件中，所述机翼气动外形参数包括：机翼的参考面积S_ref、机翼的真实面积S_real、展弦比AR、后掠角、根梢比TR、沿展向方向上7个气动截面的扭转角α_i、沿展向方向上7个气动截面的上反角θ_i及若干气动截面的翼型数据；i指气动控制截面的序号；第二步：根据气动设计过程得到的外形控制变量，利用三维类别/形状函数构建参数化外形，获取气动外形点的笛卡尔坐标，并在外形点的基础上生成光滑气动外形曲面；以第一步的气动外形控制参数及若干气动截面的翼型数据，构建气动外形点坐标的数学表达式z(x,y)；利用所得到的数学表达式，获取由归一化参数表征的气动外形点的笛卡尔坐标，通过拉格朗日插值的方法，在机翼曲面局部位置，翼曲面局部位置包括边条区域、Yehudi区域加密分布气动外形点，最后通过应用NURBS曲面重构的方法，生成机翼的三维气动外形曲面；第三步：通过拾取机翼结构树中的可控设计变量，实现初始型架外形下的机翼内部结构布置，同时存储相应的模型信息文件，首先进行结构分区，定义无气动扭转、无气动上反情况下的机翼气动外形为初始型架外形，从该外形出发针对机翼的不同部位进行分区，并进行不同区域的网格密度设置，实现整体结构网格的疏密控制；其次建立结构骨架布局，将腹板和翼肋的数量、结构站位比例以及所采用的有限元单元的厚度和截面积作为结构设计变量，并从机翼的展向、弦向和厚度方向出发，确定自编的节点规则，并根据最小多边形生成算法编写程序，通过邻近节点的组合生成有限元网格，并按照对应关系赋予单元和材料属性，并存储包括节点编号、坐标，单元编号和类型及单元与节点之间的邻接矩阵，有限元模型的属性信息和材料参数在内的模型信息；第四步：在第三步得到的初始型架外形约束下的内部结构设计的基础上，采用以径向基插值为基础的动网格算法，通过自编程序实现机翼内部结构设计随着初始型架外形到已变形的机翼气动外形过渡而进行跟随变化，实现机翼内部结构网格变化与气动外形变化的无缝衔接；第五步：利用文件定位解析的方法，实现气动/结构学科耦合作用下的三维机翼设计，实现为：首先定义前四步的工作为“模型构建”，这四步完成了在给定气动外形控制变量与结构设计参数时三维机翼的设计工作，其次定义第三、四步的工作为“模型更新”，这两步实现在气动外形参数和内部结构参数修改的情况下仅利用所采用的邻域插值技术即设计出在新的气动/结构设计变量约束下的三维机翼；再完成以下工作：针对“模型构建”工作，以文件的形式存储建模过程中的模型文件数据，分别包括存储气动外形点以及有限元模型文件的商用软件的内置文件格式；针对“模型更新”工作，借助Matlab程序语言外部处理与商用软件后台运行的方式，通过正则匹配与字符转换技术，实现对气动外形控制变量和结构设计变量的定位解析；通过整合“模型构建”和“模型更新”工作，完成了考虑气动和结构多类型设计变量的机翼设计方法。