[发明专利]一种基于B样条的腹部进气高超声速前体优化设计方法

摘要

一种基于B样条的腹部进气高超声速前体优化设计方法，包括以下步骤：基于B样条生成流向切面内流场壁面线，并求解出流向切面内流场壁面线对应的流场和激波型线；然后设定优化目标和约束条件，利用优化算法对流向切面内流场壁面线进行优化，得到优化后的流向切面内流场壁面线。最后基于优化后的流向切面内流场壁面线旋转生成轴对称高超声速飞行器前体型面。该方法在保证进气道能够捕获一定量的气流使其正常工作的前提下，同时兼顾实现了高超声速飞行器的容积率尽可能大的目标，通过优化计算能得到在给定约束条件下的最优解。

主权项

1.一种基于B样条的腹部进气高超声速前体优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基于B样条生成流向切面内流场壁面线，并求解出流向切面内流场壁面线对应的流场和激波型线；给定n个控制点，n≥2，对应的曲线阶数k＝n‑1，生成一条由n个控制点控制的B样条曲线，该B样条曲线即是流向切面内流场壁面线；给定来流条件，计算得到流向切面内流场壁面线对应的流场和激波型线O‑S1；(2)对流向切面内流场壁面线进行优化；(2.1)确定优化变量并给定优化变量的取值范围；所述优化变量为步骤(1)中给定的n个控制点的横坐标或者纵坐标；(2.2)确定优化目标；优化目标表述如下：优化目标为：max(V)，min(Δy)约束条件为:Δy<e其中，V为流向切面内流场壁面线绕对称轴旋转形成的曲面锥的体积；e为最大允许偏差，是一个给定的小量，取值范围为[0.01,1]，单位为mm；Δy通过下述方法得到：给定进气道流量唇口点位置(x_c，y_c)和进气道中心角θ，根据下式求出流线追踪起始点S1的纵坐标y_S1；其中，直线y＝y_s1和流场激波曲线O‑S1及其延长线的交点为流线追踪起始点S1，这样就得到S1的位置坐标；然后再在步骤(1)中求解得到的流向切面内流场壁面线对应的流场中从流线追踪起始点S1出发进行流线追踪，得到从流线追踪起始点S1出发的流线追踪曲线S1‑S2，其中S2是流线追踪曲线与线y＝y_c的相交点；最后通过下式得到唇口点C和流线末端点S2沿y方向的绝对距离Δy：Δy＝|y_c‑y_S2|式中y_S2为点S2的纵坐标；(2.3)对于步骤(2.2)设定的优化目标和约束条件，利用优化算法进行迭代优化，选出满足Δy<e的个体，这些个体所组成的集合为可行解空间；然后在可行解空间中选择体积V最大的个体，该个体就是计算得到的最优解，由此得到了对应的优化后的流向切面内流场壁面线；(3)基于步骤(2)中得到的优化后的流向切面内流场壁面线旋转生成轴对称高超声速飞行器前体型面。