[发明专利]基于类别形状函数的二元自由造型进气道优化设计方法及系统

权利要求书

1.一种基于类别形状函数的二元自由造型进气道优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立二元进气道基准构型模型，确定基本几何参数，利用类别形状函数法对压缩面进行参数化建模，将类别形状函数的控制参数作为二元自由造型进气道优化设计模型的优化变量；

根据设计要求，选择评估状态点，确定二元自由造型进气道优化设计模型的约束条件；

根据进气道吸入流量和发动机需求流量之间的匹配关系，确定涵盖不同马赫数下二元进气道性能的二元自由造型进气道优化设计模型的目标函数；

利用流体动力学计算不同状态下的进气道性能参数，得到优化设计模型的目标函数值，进一步优化得到二元自由造型进气道的优化设计构型；

进行参数化建模具体步骤为：

将二元进气道压缩段看作一条直线，建立二元进气道基准构型模型，确定其基本几何参数，利用类别形状函数法对二元进气道压缩段进行参数化建模，将类别形状函数的控制参数作为二元自由造型进气道优化设计模型的优化变量；

确定二元自由造型进气道优化设计模型的优化变量具体包括以下步骤：

将二元进气道压缩段看作一条直线，建立二元进气道构型基准模型，确定其基本几何参数，包括：进气道长度L、唇口距前缘长度L_f、隔离段长度L_in、进气道迎风高度H_c和喉道高度H_t；AB段是进气道的压缩面，是进行优化设计的区域；进气道的长度L由前体的长度给定；进气道的迎风高度H_c决定了进气道的捕获面积，由发动机需求确定；喉道高度H_t通过内收缩比的大小计算；唇口距前缘长度L_f无法直接计算得出，先计算隔离段的长度L_in，再由L_f＝L-L_in求出L_f；根据所需抗反压能力的大小求出隔离段的长度L_in；进气道的压缩面AB段是对气流进行压缩，是进行参数化的区域；

在基本几何参数确定后，在坐标系中确定A、B点的坐标，将压缩面看做是经过两点的曲线，利用类别形状函数法选择曲线方程进行拟合；

进而将类别形状函数中的控制参数作为二元自由造型进气道优化设计模型的优化变量；

采用类别形状函数法对二元进气道的压缩面进行参数化建模，具体方法为：

使用一个类别函数和一个形状函数S(ψ)来表示一条曲线：

式中，ψ＝x/S；其中：S为首末点的直线距离，x为横轴坐标，y为与x相垂直的纵轴坐标；

类别函数定义了曲线的形状种类，形成了基本的曲线形状，所有同类型的曲线形状均由基本形状演变而来，类别函数的表达式为：

式中，N₁和N₂的取值决定了曲线几何外形的类别；N₁决定了曲线头部的形状，其值越小，头部曲率越大；N₂该决定了曲线尾部的形状，其值越小，尾部曲率越大；

形状函数S(ψ)可以对类别函数形成的曲线基本形状进行修正，最终生成设计过程所需要的曲线形状；通过n阶Bernstein多项式的加权和来表示形状函数S(ψ)，表达式为：

式中，是Bernstein多项式，n是多项式的阶数，i是多项式中的指数；b_i是权重因子，是CST方法中需要确定的参数；

在已知曲线的两个端点坐标时，可以用来表示曲线方程，需要确定的参数为N₁、N₂、b_i，i＝0,1,2,…,n，然后将这些参数作为优化变量开展优化设计；

确定二元自由造型进气道的优化设计模型的目标函数采用以下方法：

根据进气道吸入流量和发动机需求流量之间的匹配关系，采用归一化的方法，对不同评估状态点的流量系数与总压恢复系数σ的正比或反比或其它组合方式进行加权求和，以确定涵盖不同马赫数下二元进气道性能的目标函数。

2.根据权利要求1所述的一种基于类别形状函数的二元自由造型进气道优化设计方法，其特征在于，对不同评估状态点的流量系数与总压恢复系数σ的比或反比或其它组合方式进行加权求和，权重系数为推力P对的导数的绝对值，当目标函数最小时，发动机产生的推力最大，进而确定涵盖不同马赫数下二元进气道性能的目标函数。