[发明专利]一种高超声速飞行器多目标气动设计方法

说明书

本发明提供一种高超声速飞行器多目标气动设计方法，包括如下步骤：S1.给定优化设计对象；S2.采用CFD方法计算基准外形的气动性能；S3.使用CFD网格划分软件，生成基本外形的表面网格；S4.根据基本外形的表面网格，采用FFD方法对外形进行参数化；S5.采用改进的多目标布谷鸟算法（IMOCS）对优化设计参数进行优化，寻找最优的Pareto解集，其中在优化设计过程中，采用面元法和修正牛顿法相结合来快速估算飞行器的气动性能；S6.从Pareto解集中选定满足需要的一个或几个最优解；S7.采用CFD方法计算优化外形的气动性能，将基准外形和优化外形的气动性能进行对比，检验优化设计效果。本发明能够缩短计算时间，大幅缩短设计周期。

技术领域

本发明属于飞行器领域，涉及一种高超声速飞行器多目标气动设计方法，尤其涉及一种基于智能优化算法的高超声速飞行器多目标气动设计方法。

背景技术

高超声速飞行器以其高速、优异的突防性能、卓越的攻击性能越来越受到学术界和军事科研机构的重视。在飞行器的设计过程中，气动外形的设计直接决定了飞行器在生产成本、稳定性、气动性能以及航程等方面的飞行性能。因此，针对高超声速飞行器的外形优化成为了近年来的研究热点之一。

随着高超声速飞行器的发展，其外形优化受到了广泛关注。选取合适的优化方法是目前优化过程中的关键步骤之一。其中，优化方法分为全局方法和局部方法，全局方法以遗传算法为代表，而局部方法往往基于目标函数的梯度计算，主要有拟牛顿法、共轭梯度法等。相对于传统优化算法，元启发式智能优化算法适应范围广、优化效果好，且容易实现多目标的设计，更适用于工程优化设计中。

高超声速飞行器多目标气动优化设计方法的思路流程如下：

众所周知，采用求解高精度的雷诺平均N-S方程(CFD方法)获得飞行器气动性能的方法需要花费较大的工作量以及较长的计算时间(采用现今I7处理器的PC机通常需要数小时甚至数十小时)，而采用优化算法进行飞行器的外形优化时，需要重复多次进行CFD计算(至少数以百次，有时甚至成千上万次)，因此，进行一次飞行器的优化设计需要消耗大量的计算资源和计算时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种高超声速飞行器多目标气动设计方法，能够缩短计算时间，大幅缩短设计周期。

本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种高超声速飞行器多目标气动设计方法，包括如下步骤：

S1.给定优化设计对象，包括给定优化设计所需的基准外形，指定设计目标、约束条件、设计工况；对于多目标气动优化设计，需要指定两个以上的设计目标；

S2.采用CFD方法计算基准外形的气动性能；

S3.使用CFD网格划分软件，生成基本外形的表面网格；

S4.根据基本外形的表面网格，采用FFD方法对外形进行参数化，获得优化设计参数；

S5.采用改进的多目标布谷鸟算法(IMOCS)对优化设计参数进行优化，寻找最优的Pareto解集；在优化设计过程中，采用面元法与修正牛顿法相结合(简称：面元-修正牛顿法)来快速估算飞行器的气动性能；

S6.从Pareto解集中选定满足需要的一个或几个最优解，也就是优化外形；

S7.采用CFD方法计算优化外形的气动性能，将基准外形和优化外形的气动性能进行对比，检验优化设计效果。

优选的，所述步骤S1中，所述设计目标可以为：升阻比、容积率、阻力系数等，约束条件可以为：升力系数、容积、投影面积等，设计工况为高超声速滑翔状态，例如马赫数10，迎角2度，飞行高度30千米。

优选的，所述CFD方法具体为：求解雷诺平均N-S方程的方法。