[发明专利]基于网格位移的轴对称超声速喷管优化设计方法和装置

说明书

本申请涉及工程设计技术领域的一种基于网格位移的轴对称超声速喷管优化设计方法和装置。所述方法通过对喷管进行参数化设计，确定设计空间，并从设计空间中选择一组设计变量进行优化，根据设计变量确定基准网格，基准网格中网格节点坐标进行位移操控，免去了现有分析设计方法在喷管性能评估中包含的模型生成和网格生成两个步骤，简化了轴对称喷管的性能评估过程，进而提高喷管优化的效率和容错率。另一方面，利用克里金代理模型优化策略，结合多点加点准则开展喷管的优化设计，能够在不影响优化结果精度的同时，降低喷管性能评估次数，提高喷管设计的效率。

技术领域

本申请涉及工程设计技术领域，涉及一种基于网格位移的轴对称超声速喷管优化设计方法和装置。

背景技术

高超声速飞行器技术是世界各大国抢占空天战略制高点的重要技术，近年来已成为大国竞争的焦点之一。超然冲压发动机作为高超声速飞行器的推进系统，其相关技术是推动高超声速飞行器发展的关键技术。尾喷管是超燃冲压发动机产生推力的主要部件，有研究表明，尾喷管的推力可达发动机静推力的70%，因此，尾喷管设计的好坏会对发动机的性能造成巨大影响。

尾喷管的设计方法通常分两类：直接设计方法和分析设计方法。直接设计方法即通过传统的特征线方法，或通过公式计算得出喷管型面；分析设计方法则是利用CFD方法对参数化的喷管进行优化设计。直接设计方法由于没有考虑粘性的影响，需要对设计型面进行粘性修正，很难得到完美的修正结果。此外，受到飞行器空间的限制，通常需要对喷管的横向和纵向尺寸进行约束，此时，直接设计方法难以获得性能最优的喷管型面，需要使用分析设计方法。

现有分析设计方法在对轴对称喷管进行设计时，首先采用三次曲线或者B样条曲线等对喷管型面进行参数化，再利用建模软件生成喷管型面，接着使用网格生成软件生成流场的离散网格，最后使用CFD方法获得流场仿真结果。在设计过程中，对于每一组设计参数，都需要进行“参数输入-模型改变-网格生成-CFD计算”这一过程，以获得设计参数的性能评估结果。该性能评估过程步骤繁杂，需要连接多个软件，软件与软件之间的协调比较困难；同时该过程往往需要十几分钟至几个小时不等，具有耗时性。而在设计过程当中，通常需要对成百上千组设计参数进行评估，评估过程的繁杂性和耗时性严重影响喷管设计的容错率和效率。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够简化喷管的性能评估过程，减少性能评估次数，提高设计过程的容错率和效率的基于网格位移的轴对称超声速喷管优化设计方法和装置。

一种基于网格位移的轴对称超声速喷管优化设计方法，所述方法包括：

在喷管二维母线平面建立坐标系；所述坐标系以喷管入口中心点为原点，以喷管轴线为x轴，以垂直于x轴指向喷管母线的方向为y轴；喷管为轴对称超声速喷管。

在所述坐标系下对喷管母线进行参数设计，获得喷管母线的表达式，并确定设计空间；所述设计空间包括设计参数及对应的取值范围。

在所述设计空间内选择一组设计参数作为设计变量，并对所述设计变量根据对应的取值范围进行初始化，采用网格生成软件生成所述设计变量对应的喷管外形的流场网格，并将所述流场网格作为基准网格。

采用试验设计方法对所述设计空间进行抽样，得到多个样本点。

将多个样本点作为当前样本点，设置迭代次数为1。

根据设计变量求出基准网格喷管母线和当前样本点喷管母线的末端点坐标，提取基准网格中网格节点的坐标。

根据基准网格中网格节点的坐标、基准网格喷管母线的末端点坐标，判断基准网格中网格节点的位置，根据基准网格中网格节点的位置，采用对应的位移方式对基准网格中网格节点进行位移，得到每个当前样本点对应喷管外形的流场网格。