[发明专利]一种基于FFD方法的隔离段的优化设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于FFD方法的隔离段的优化设计方法及系统，该方法包括：基于进气道出口与燃烧室入口的形状，通过对隔离段内流动面积变化规律的调整，对隔离段外形进行第一次气动性能优化，得到初始隔离段的离散点；在局部坐标系中划分出一个完全包络完隔离段的长方体，并在该长方体上选取若干均匀分布的控制点，形成控制点格栅；以控制点格栅中各控制点的局部坐标为变量，隔离段的总压恢复系数为优化目标，利用全局寻优算法进行第二次气动性能优化，获得最佳气动性能的隔离段离散点，并生成三维实体。本发明应用于高超声速飞行器技术领域，能够将隔离段出口的总压恢复系数显著提高，对于分厘必争的高超声速飞行器而言优化效果十分可观。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器技术领域，主要涉及吸气式高超声速飞行器发动机的隔离段设计领域，具体是一种基于FFD方法的隔离段的优化设计方法及系统。

背景技术

高超声速飞行器是指飞行速度超过五倍声速的一种新型飞行器，其研制受到了广泛重视和深入研究。非吸气式高超声速飞行器携带氧化剂的质量达到了起飞重量的绝大部分,而其有效负载量所占比例极小，所以仅仅从经济性来看，发展吸气式高超声速飞行是必然的。

对于吸气式高超声速飞行器，隔离段是其动力系统的一个重要部件,同时它把进气道和燃烧室隔离开,以防止燃烧室工作对进气道的干扰。对于不同构型的隔离段有不同的设计方法。

对于等直隔离段而言，其中的激波、膨胀波以及边界层相互干扰的流动机理认识比较清楚，因此提出了一些能指导等直隔离段设计的半经验公式。对于弯曲隔离段而言，方法主要有文献“复杂变截面进气道的一种设计方法”提出的一种基于曲率控制的截面形状生成与过渡技术、文献“超声速转弯流道设计方法”提出的一种超声速转弯流道设计方法以及文献“一种高超声速隔离段优化设计方法及系统”提出了一种基于几何融合的三维弯曲变截面流道设计方法。

上述现有的隔离段设计方法中，工程师大多都是通过三维造型软件如Solidworks、CATIA等画出相应的外形，然后通过商业软件进行网格划分并进行流体力学仿真获得其性能，极其耗时；个别现有技术中也提出了隔离段的参数化设计方法，但是缺乏对管道流动气动特性的理解，容易限制住生成构型的种类。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于FFD方法的隔离段的优化设计方法及系统，相较于原有隔离段，能够将隔离段出口的总压恢复系数显著提高，对于分厘必争的高超声速飞行器而言优化效果十分可观。

为实现上述目的，本发明提供一种基于FFD方法的隔离段的优化设计方法，包括如下步骤：

步骤1，基于进气道出口与燃烧室入口的形状，并利用CFD循环仿真进行第一次气动性能优化，得到初始隔离段的离散点；

步骤2，将初始隔离段的离散点由全局坐标系转换至局部坐标系，并基于隔离段的总体尺寸在局部坐标系中划分出一个完全包络完隔离段的长方体，并在该长方体上选取若干均匀分布的控制点，形成控制点格栅；

步骤3，以控制点格栅中各控制点的局部坐标为变量，隔离段的总压恢复系数为优化目标，利用全局寻优算法进行第二次气动性能优化，获得最佳气动性能的隔离段离散点，并进一步得到最佳气动性能的隔离段表面网格；

步骤4，将最佳气动性能的隔离段表面网格导入CATIA软件截取不同几何位置处的轮廓线，并将轮廓线依次按照顺序进行放样生成光滑曲面生成三维实体，得到隔离段的最终构型。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤1具体包括：

步骤1.1，提取进气道出口与燃烧室入口的形状，并进行数值离散，得到表示隔离段入口与出口形状的离散点坐标；

步骤1.2，基于隔离段入口与出口的离散点坐标，利用几何融合方法得到隔离段各沿程截面的离散点的初始坐标，并基于各沿程截面的离散点的初始坐标积分得到各沿程截面的面积初始值；