[发明专利]一种半径可控的参数化三维前缘钝化设计方法

摘要

一种半径可控的参数化三维前缘钝化设计方法，首先给定初始乘波体外形，然后对初始乘波体外形中的尖锐前缘进行钝化，包括以下步骤：先将乘波体上表面抬升一定高度，接着获取抬升后的乘波体前缘点P2的插值条件，给出抬升后的钝化前缘曲线上不同横向站位处的钝化半径，设置抬升后的乘波体前缘点P2以及乘波体的上表面沿法向抬升高度h；最后利用3次Bézier曲线构造钝化前缘曲线，然后放样得到钝化前缘曲面。本发明在保证钝化前缘曲线与上、下表面曲线光滑连接的同时，还可以根据热防护需求指定各前缘点处的钝化半径，有效地实现了热防护与气动外形的多学科耦合设计。

主权项

1.一种半径可控的参数化三维前缘钝化设计方法，其特征在于：首先给定初始乘波体外形，然后对初始乘波体外形中的尖锐前缘进行钝化，包括以下步骤：S1将乘波体上表面抬升一定高度；给定初始乘波体外形，即已知乘波体未钝化时的原始前缘点为P0和未钝化前的乘波体纵向截面曲线；未钝化前的乘波体纵向截面曲线由前缘点、上表面曲线和下表面曲线连接而成；设对乘波体的上表面沿法向抬升高度h，抬升后的乘波体上表面端点为P1，抬升后的乘波体下表面端点为乘波体未钝化前的原始前缘点P0；抬升后的乘波体纵向截面曲线由上表面曲线、下表面曲线以及钝化前缘曲线连接而成，其中上表面曲线和下表面曲线即是未钝化前的乘波体纵向截面曲线上的上表面曲线和下表面曲线，因此是已知的，钝化前缘曲线是待求解的；抬升后的乘波体上表面端点P1是上表面曲线上的点，抬升后的乘波体下表面端点P0是下表面曲线上的点；S2获取抬升后的乘波体前缘点P2的插值条件；抬升后的乘波体前缘点P2的插值条件为抬升后的乘波体下表面端点P0处的切矢v0、曲率k0和抬升后的乘波体上表面端点P1处切矢v1和曲率k1；S3给出抬升后的钝化前缘曲线上不同横向站位处的钝化半径；未钝化前的乘波体前缘曲线已知，故前缘曲线上各横向站位处的前缘后掠角已知，前缘曲线上各横向站位均一一对应钝化前缘曲线上的横向站位，钝化前缘曲线上各横向站位处的当地前缘后掠角与前缘曲线上与之对应的横向站位处的当地前缘后掠角看作相同，即钝化前缘曲线上各横向站位处的当地前缘后掠角λ已知；设定抬升后的乘波体前缘点P2处的前缘钝化半径，由预先设定的抬升后的乘波体前缘点P2处的前缘钝化半径和钝化前缘曲线上各横向站位处的当地前缘后掠角λ来确定抬升后的钝化前缘曲线上各横向站位处的前缘钝化半径，如式(3)所示：rswept＝rsymmetry(cosλ)2.2    (3)其中，rswept为钝化前缘曲线上各横向站位处的前缘钝化半径；rsymmetry为预先设定的抬升后的乘波体前缘点P2处的前缘钝化半径；S4设置抬升后的乘波体前缘点P2以及乘波体的上表面沿法向抬升高度h应满足以下两个要求：1)抬升后的乘波体前缘点P2和乘波体的上表面沿法向抬升高度h的设置能使乘波体钝化前缘曲线能够成功生成；2)抬升后的乘波体前缘点P2的曲率大于乘波体钝化前缘曲线上各横向站位处的曲率；S5求出所有钝化前缘曲线，然后放样得到钝化前缘曲面；根据点P0和P1以及S2获取的抬升后的乘波体前缘点P2的插值条件求出插值曲线即钝化前缘曲线；将求解钝化前缘曲线的问题看作插值于两个端点的GHI问题，利用3次Bézier曲线构造钝化前缘曲线，求出所有的钝化前缘曲线，选取其中同时满足S4中要求的钝化前缘曲线进行放样，从而得到所需的钝化前缘曲面，方法如下：以P0、P2为端点利用一段3次Bézier曲线构造点P0和P2间的纯化前缘曲线]首先将点P0和P2作为已知的两个控制点求得插值曲线中的另外两个控制点，然后根据已知的两个控制点以及求解得到的另外两个控制点即4个控制点来进行插值曲线的求解，求得的插值曲线即P0和P2间的钝化前缘曲线；以P2、P1为端点利用一段3次Bézier曲线构造点P2和P1间的钝化前缘曲线，首先将点P2和P1作为已知的两个控制点求得插值曲线中的另外两个控制点，然后根据已知的两个控制点以及求解得到的另外两个控制点即4个控制点来进行插值曲线的求解，求得的插值曲线即P2和P1间的钝化前缘曲线；完整的钝化前缘曲线即由点P0和P2间的钝化前缘曲线和点P2和P1间的钝化前缘曲线连接而成，求出所有的钝化前缘曲线，选取其中同时满足S4中要求的钝化前缘曲线进行放样，从而得到所需的钝化前缘曲面。