CN107220415A - 一种基于nurbs曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法 - Google Patents

一种基于nurbs曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，首先在二维翼型上确定缝翼与主翼以及襟翼与主翼交界面的位置，并布置控制节点，并根据气动设计要求确定缝翼和襟翼偏转角度及转轴位置；其次分别对控制节点进行拟合，得到缝翼与主翼以及襟翼与主翼交界面的几何外形；再次寻找交界面与二维翼型的交点，利用交点拆分二维翼型，将交界面几何外形与拆分的二维翼型进行拼接，生成缝翼、襟翼和主翼外形；最后根据缝翼和襟翼偏转角度及转轴位置，对襟翼、缝翼做定轴旋转，得到增升装置外形。该方法采用非均匀有理B样条方法对二维增升装置进行参数化，以较高的精度拟合复杂几何外形，解决了工程约束和几何一致性约束难以满足的问题。

Description

一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化 设计方法
技术领域
本发明涉及飞行器设计技术领域，具体为一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法。
背景技术
增升装置对大多数运输机的尺寸、吨位、经济性及安全性都有重要的影响。对于当代典型的大型双发运输类飞机，增升装置气动特性较小的改善就能获得全机综合性能很大的收益。
由于增升装置的流动机理极为复杂，所以长期以来工程中增升装置的设计主要依靠工程师的经验和大量的风洞试验。而早期的增升装置主要通过增加增升装置的段数获得较好的气动性能，但会付出增加机构重量和复杂度的代价。当代的飞机设计师更倾向于使用满足气动性能要求的结构更简单、更轻的增升装置系统，如固定转轴的简单襟、缝翼装置。这就对增升装置的气动设计提出了更高的要求。
计算机硬件的飞速发展及计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)理论、算法的进步使得目前工程中进行基于求解雷诺平均N-S方程的二维多段翼型自动优化也在工程中得以实现。
而参数化是飞机优化设计的基础，直接影响到飞机优化的结果，进而影响到整个飞机的气动特性，因此参数化方法具有至关重要的作用。所以，提出一种能够满足工程约束、可以较好拟合增升装置复杂几何外形的参数化方法是非常必要的。
现有的一些参数化方法大部分对于翼型来说具有很好的效果，但对于增升装置这种复杂几何外形效果有限。针对增升装置的参数化方法需要满足工程约束(符合固定转轴简单增升装置机构要求，能够对转轴位置参数化)，几何一致性约束(缝翼与主翼交界面一致，襟翼与主翼交界面一致)以及能以较高的精度拟合几何外形。从国内外已经公开的专利来看，现存一些参数化方法对于增升装置的处理还存在一定问题。
发明内容
为解决现有技术存在问题，本发明提出一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，该方法采用非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline Curve，NURBS)方法对二维增升装置进行参数化，以较高的精度拟合复杂几何外形，解决了工程约束和几何一致性约束难以满足的问题。
本发明的技术方案为：
所述一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：依据设计的二维翼型，在二维翼型上确定前缘缝翼与主翼交界面位置以及后缘襟翼与主翼交界面的位置；在缝翼与主翼交界面以及襟翼与主翼交界面上布置控制节点；并根据气动设计要求确定缝翼偏转角度、缝翼转轴位置、襟翼偏转角度以及襟翼转轴位置；
步骤2：分别对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合，得到缝翼与主翼交界面的几何外形以及襟翼与主翼交界面的几何外形；
步骤3：寻找步骤2生成的交界面与设计的二维翼型的交点，利用交点拆分二维翼型，将交界面几何外形与拆分的二维翼型进行拼接，生成缝翼、襟翼和主翼外形；
步骤4：根据步骤1确定的缝翼偏转角度、缝翼转轴位置、襟翼偏转角度以及襟翼转轴位置，对步骤3得到的襟翼、缝翼做定轴旋转，得到增升装置外形。
进一步的优选方案，所述一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，其特征在于：步骤2中对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合的方法为采用NURBS曲线进行分段拟合。
进一步的优选方案，所述一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，其特征在于：步骤2中对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合的方法为采用Bezier曲线进行分段拟合。
有益效果
本发明采用NURBS曲线以及NURBS曲线中的特例Bezier曲线进行控制节点拟合，使增升装置几何外形的拟合精度得到保证。而且通过预先对缝翼与主翼交界面，襟翼与主翼交界面进行了处理，使几何一致性约束得到满足，最后对生成的襟、缝翼外形进行处理，解决了工程约束问题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：实施例中设计的二维巡航翼型；
图2：前缘缝翼参数化控制点；
图3：后缘襟翼参数化控制点；
图4：基于NURBS曲线参数化方法所得二维增升装置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本实施例基于自由曲面曲线变形理论，使用NURBS曲线的参数化方法，提出一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，具体包括以下步骤：
步骤1：依据图1所示设计的二维巡航翼型，在二维巡航翼型上确定前缘缝翼与主翼交界面位置以及后缘襟翼与主翼交界面的位置；在缝翼与主翼交界面以及襟翼与主翼交界面上布置控制节点，缝翼控制点、襟翼控制点布置如图2、图3所示；并根据气动设计要求确定缝翼偏转角度、缝翼转轴位置、襟翼偏转角度以及襟翼转轴位置。
步骤2：分别对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合，得到缝翼与主翼交界面的几何外形以及襟翼与主翼交界面的几何外形。
本实施例中提供了两种方法：
一是通过NURBS参数化方法进行拟合：
NURBS曲线的方程如下：
其中：
k阶
规定0/0＝0。是控制顶点，ωi为权因子，Bi,k(u)为k次B样条基函数。k是幂次，ui(i＝1,2,..,n,n+1,.,n+k)为节点。
NURBS曲线既为标准解析形状(即初等曲线曲面)，又为自由型曲线曲面的精确表示与设计提供了一个公共的数学形式，具有良好的局部支柱性质，修改一个控制顶点，对B样条曲线的影响也是局部的，可以通过加密曲线控制点对曲线外形进行精细调整。
本实施例中采用三阶NURBS曲线对多段翼型进行参数化处理，四个控制点一组，分别生成NURBS样条线，最后进行拼接，保证曲线二阶连续。
二是通过Bezier曲线参数化方法进行拟合：
Bezier曲线参数化方法作为NURBS参数化方法的特例，采用Bernstein多项式作为基函数，具体表达式如下：
式中Vi(i＝0,1....,n)为特征多边形的顶点，Bn,i(u)(i＝0,1....,n)为Bernstein多项式。
采用拼接Bezier曲线对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合，这样既可以满足几何约束，将控制点集合分段进行Bezier拟合，又可以保证曲线一阶连续。
步骤3：寻找步骤2生成的交界面与设计的二维翼型的交点，利用交点拆分二维翼型，将交界面几何外形与拆分的二维翼型进行拼接，生成缝翼、襟翼和主翼外形。
步骤4：根据步骤1确定的缝翼偏转角度、缝翼转轴位置、襟翼偏转角度以及襟翼转轴位置，对步骤3得到的襟翼、缝翼做定轴旋转，得到增升装置外形。利用测试的二维巡航翼型得到的增升装置示意图如图4所示。
综上可知，本发明提出的一套基于NURBS曲线的二维增升装置参数化设计方法，满足工程约束和任务需求，很好的解决了增升装置复杂外形所带来的设计问题，可以用于增升装置优化设计分析中，提高增升装置气动设计效率。
本发明未公开内容属于本领域技术人员公知常识。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：依据设计的二维翼型，在二维翼型上确定前缘缝翼与主翼交界面位置以及后缘襟翼与主翼交界面的位置；在缝翼与主翼交界面以及襟翼与主翼交界面上布置控制节点；并根据气动设计要求确定缝翼偏转角度、缝翼转轴位置、襟翼偏转角度以及襟翼转轴位置；
步骤2：分别对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合，得到缝翼与主翼交界面的几何外形以及襟翼与主翼交界面的几何外形；
步骤3：寻找步骤2生成的交界面与设计的二维翼型的交点，利用交点拆分二维翼型，将交界面几何外形与拆分的二维翼型进行拼接，生成缝翼、襟翼和主翼外形；
步骤4：根据步骤1确定的缝翼偏转角度、缝翼转轴位置、襟翼偏转角度以及襟翼转轴位置，对步骤3得到的襟翼、缝翼做定轴旋转，得到增升装置外形。
2.根据权利要求1所述一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，其特征在于：步骤2中对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合的方法为采用NURBS曲线进行分段拟合。
3.根据权利要求1或2所述一种基于NURBS曲线的满足工程约束的二维增升装置参数化设计方法，其特征在于：步骤2中对缝翼与主翼交界面上的控制节点以及襟翼与主翼交界面上的控制节点进行拟合的方法为采用Bezier曲线进行分段拟合。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108038259A (zh) * 2017-11-06 2018-05-15 中国商用飞机有限责任公司 基于曲率生成气动部件外形的方法
CN109367811A (zh) * 2018-10-11 2019-02-22 西北工业大学 一种旋转机翼飞机用对称翼型及其襟翼的构造方法
CN109515739A (zh) * 2018-11-21 2019-03-26 中国航天空气动力技术研究院 一种气动力特性快速预测方法
CN114906343A (zh) * 2022-07-18 2022-08-16 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种适用于扁平融合体布局飞行器的腹部襟翼设计方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202320772U (zh) * 2011-09-02 2012-07-11 北京航空航天大学 一种双通道大型客机的高升力装置
CN104354875A (zh) * 2014-10-31 2015-02-18 中国航天空气动力技术研究院 一种考虑运动轨迹的增升装置优化设计方法
CN104608919A (zh) * 2015-02-16 2015-05-13 西北工业大学 一种有引流槽的前缘缝翼及引流槽的设计方法
CN104765927A (zh) * 2015-04-16 2015-07-08 西北工业大学 基于多学科的飞机增升装置高低速综合优化设计方法
EP2913733A1 (en) * 2014-02-27 2015-09-02 Airbus Operations GmbH Control system for aircraft high lift devices and method for controlling the configuration of aircraft high lift devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202320772U (zh) * 2011-09-02 2012-07-11 北京航空航天大学 一种双通道大型客机的高升力装置
EP2913733A1 (en) * 2014-02-27 2015-09-02 Airbus Operations GmbH Control system for aircraft high lift devices and method for controlling the configuration of aircraft high lift devices
CN104354875A (zh) * 2014-10-31 2015-02-18 中国航天空气动力技术研究院 一种考虑运动轨迹的增升装置优化设计方法
CN104608919A (zh) * 2015-02-16 2015-05-13 西北工业大学 一种有引流槽的前缘缝翼及引流槽的设计方法
CN104765927A (zh) * 2015-04-16 2015-07-08 西北工业大学 基于多学科的飞机增升装置高低速综合优化设计方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘明: "支线客机增升装置气动分析与优化设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
张骥 等: "一种改进的B样条翼型参数化方法", 《图学学报》 *
李正洲: "某型客机增升装置的气动/机构优化设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
李高华: "翼型高低速性能优化及其对增升装置设计影响研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
蔡锦阳: "基于控制理论的多段翼型优化设计及增升装置成型技术", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
邓金秋 等: "利于翼型优化设计的超临界翼型参数化方法", 《北京航空航天大学学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108038259A (zh) * 2017-11-06 2018-05-15 中国商用飞机有限责任公司 基于曲率生成气动部件外形的方法
CN109367811A (zh) * 2018-10-11 2019-02-22 西北工业大学 一种旋转机翼飞机用对称翼型及其襟翼的构造方法
CN109515739A (zh) * 2018-11-21 2019-03-26 中国航天空气动力技术研究院 一种气动力特性快速预测方法
CN114906343A (zh) * 2022-07-18 2022-08-16 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种适用于扁平融合体布局飞行器的腹部襟翼设计方法

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