CN116610905B - 一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法 - Google Patents

一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法，包括以下步骤：针对固定的飞行器翼面或者舵面构型S，将已知物理量的数据点、待插值的数据点表示为集合；由厚度方向、展向和弦向三个方向构成插值坐标系；统计插值坐标系下已知物理量的数据点集合和待插值的数据点集合在厚度方向、展向和弦向三个方向上的最小值和最大值；在插值坐标系下根据最小值和最大值对已知物理量和待插值数据点进行各向异性修正得到数据点；在插值坐标系下进行插值；计算得到待插值点的物理量，用于飞行器薄的翼面、舵面结构进行多场耦合。本发明可以各向异性修正翼面和舵面各方向的坐标，增大薄层方向的距离权重系数，提高数据插值精度。

Description

一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法
技术领域
本发明涉及多场耦合计算技术领域，具体涉及一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法。
背景技术
飞行器的流固耦合分析通常离不开气动力/热/结构的多场耦合分析计算，多场耦合分析计算通过各自物理场的求解，并且在各物理场的求解器之间进行数据插值来实现耦合计算的驱动。在各物理场的压力、热流、温度等数据传递的过程中常用的方法包括径向基函数方法、CVT方法和反距离权重方法等。其中反距离权重方法由于插值过程中不需要任何网格点的数据单元连接信息且计算代价小，在工程实践中得到了广泛应用。
反距离权重方法的基本原理是选择待插值点距离最近的固定数目的已知数据点，根据待插值点和已知数据点之间的距离确定插值的系数进而完成数据的插值。因而最近距离点的确定直接决定了插值的精度。在工程实践中发现在进行翼面、舵面等不同方向尺度差异巨大的情况下，最近距离点的选取会出现误差。例如对于薄的翼面结构，在寻找上翼面待插值点的最近距离点时，会选择到下翼面的数据点，因而带来插值的误差。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法解决了飞行器薄的翼面、舵面结构在进行多场耦合采用反距离权重插值时的选点的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法，包括以下步骤：
S1、针对固定的飞行器翼面或者舵面构型S，已知物理量的数据点表示为集合{|/>}，/>为已知物理量数据点i点的x轴、y轴和z轴坐标值，/>为已知物理量数据点总数，已知物理量的数据点对应的物理量值表示为{/>|/>}，待插值的数据点表示为集合{/>|/>}，/>为待插值数据点j点的x轴、y轴和z轴坐标值，/>为待插值数据点总数；
S2、由厚度方向、展向和弦向三个方向构成插值坐标系，在插值坐标系下投影的坐标为/>，对应的物理量值为/>，/>在插值坐标系下投影的坐标为；
S3、统计插值坐标系下已知物理量的数据点集合在厚度方向、展向和弦向三个方向上的最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>；统计待插值的数据点集合在厚度方向、展向和弦向三个方向上的最小值和最大值/>，/>，/>，/>，/>，/>；
S4、在插值坐标系下根据最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>对已知物理量的数据点进行各向异性修正得到数据点/>；
S5、在插值坐标系下根据最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>对待插值数据点进行各向异性修正得到数据点/>；
S6、在插值坐标系下利用反距离权重方法进行插值，得到待插值点到距离最近的个点的距离的平方/>；
S7、根据计算得到待插值点的物理量/>。
进一步地：所述步骤S4中的修正公式为：
上式中，为已知物理量数据点i点的厚度方向、展向和弦向三个方向的修正后的坐标值。
进一步地：所述步骤S5中的修正公式为：
上式中，为待插值数据点j点的厚度方向、展向和弦向三个方向的修正后的坐标值。
进一步地：所述步骤S6具体为：针对某一待插值的数据点，循环遍历已知物理量的数据点集合{/>|/>}，找到最近距离的/>个点，表示为集合形式为{/>|/>}，以及这/>个点对应的物理量值为{/>|}，计算待插值点到这/>个点的距离的平方/>。
进一步地：所述步骤S6中待插值点到这个点的距离的平方/>的计算公式为：
。
进一步地：所述步骤S7中待插值点的物理量的计算公式为：
上式中，为k点对应的物理量值。
本发明的有益效果为：本发明可以各向异性修正翼面和舵面各方向的坐标，增大薄层方向的距离权重系数，进而使得翼、舵面坐标在厚度方向、展向和弦向三个方向的尺度基本一致，解决其错误的选点问题，提高数据插值精度。
附图说明
图1是本发明流程图；
图2（a）是已知物理量的网格和示意图；
图2（b）是待插值的网格示意图；
图3（a）是迎风面的已知物理量分布示意图；
图3（b）是背风面的已知物理量分布示意图；
图4（a）为本发明迎风面的插值效果示意图；
图4（b）为本发明背风面的插值效果示意图；
图5（a）为迎风面的传统反距离权重插值效果示意图；
图5（b）为背风面的传统反距离权重插值效果示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本发明提供一种在进行翼面、舵面的多场耦合计算时具备更高精度的反距离权重数据插值方法。其基本思路是根据翼/舵面三个方向的坐标尺度范围各向异性特征进行尺度缩放，对于坐标尺度范围小的方向进行拉伸，对于坐标尺度范围大的方向进行压缩，最终使得三个方向的空间分布量级相当，这样在进行最近距离点的选取时避免原始方法存在的上下表面选点交错错误的问题，能够更好地提高数据插值精度。
为实现上述目的，本发明采用的方法是：首先对于翼面、舵面的构型进行厚度方向、展向和弦向三个方向的坐标值范围进行统计，得到其各自的最大值、最小值，然后得到三个方向的分布范围，根据该分布范围对坐标点进行缩放，将其进行各向异性修正，根据各向异性修正后的坐标数据点再进行反距离权重的插值。
已知物理量可以为压力、热流、温度等数据。
一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法，包括以下步骤，如图1所示：
S1、针对固定的飞行器翼面或者舵面构型S，已知物理量的数据点表示为集合{|/>}，/>为已知物理量数据点i点的x轴、y轴和z轴坐标值，/>为已知物理量数据点总数，已知物理量的数据点对应的物理量值表示为{/>|/>}，待插值的数据点表示为集合{/>|/>}，/>为待插值数据点j点的x轴、y轴和z轴坐标值，/>为待插值数据点总数；
S2、由厚度方向、展向和弦向三个方向构成插值坐标系，在插值坐标系下投影的坐标为/>，对应的物理量值为/>，/>在插值坐标系下投影的坐标为；
S3、统计插值坐标系下已知物理量的数据点集合在厚度方向、展向和弦向三个方向上的最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>；统计待插值的数据点集合在厚度方向、展向和弦向三个方向上的最小值和最大值/>，/>，/>，/>，/>，/>；
S4、在插值坐标系下根据最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>对已知物理量的数据点进行各向异性修正得到数据点/>；
上式中，为已知物理量数据点i点的厚度方向、展向和弦向三个方向的修正后的坐标值。
S5、在插值坐标系下根据最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>对待插值数据点进行各向异性修正得到数据点/>；
上式中，为待插值数据点j点的厚度方向、展向和弦向三个方向的修正后的坐标值。
S6、在插值坐标系下利用反距离权重方法进行插值，得到待插值点到距离最近的个点的距离的平方/>；
针对某一待插值的数据点，循环遍历已知物理量的数据点集合{|/>}，找到最近距离的/>个点，表示为集合形式为{/>|}，以及这/>个点对应的物理量值为{/>|/>}，计算待插值点到这/>个点的距离的平方/>。
S7、根据计算得到待插值点的物理量/>。
本发明的具体实施例为：选用某一高超声速翼面，已知物理量网格为图2（a）所示，待插值的网格如图2（b）所示，已知物理量分布如图3所示，迎风面的已知物理量分布如图3（a）所示，背风面的已知物理量分布如图3（b）所示，已知物理量网格点数为7101，未知物理量网格点数为5614。
厚度方向、展向和弦向的方向向量分别为(0, 1, 0)、(0, 0, 1)和(1, 0, 0)，插值坐标系下统计得到已知物理量的数据点三个方向最大值最小值为：-3.05mm，4.95mm，0.00mm，1250.00mm，-0.16mm，4004.80mm。
根据统计得到的最大值和最小值，在插值坐标系下分别对已知物理量的数据点和待插值数据点进行各向异性修正。
在插值坐标系下对待插值数据点逐点通过反距离权重方法得到各待插值数据点的物理量。
图4（a）为本发明迎风面的插值效果，图4（b）为本发明背风面的插值效果，图5（a）为迎风面的传统反距离权重插值效果，图5（b）为背风面的传统反距离权重插值效果，可以看出本发明有效提高了插值的精度。

Claims (2)

1.一种基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、针对固定的飞行器翼面或者舵面构型S，将已知物理量的数据点表示为集合{|/>}，/>为已知物理量数据点i点的x轴、y轴和z轴坐标值，/>为已知物理量数据点总数，将已知物理量的数据点对应的物理量值表示为{/>|/>}，将待插值的数据点表示为集合{/>|/>}，/>为待插值数据点j点的x轴、y轴和z轴坐标值，/>为待插值数据点总数；
S2、由厚度方向、展向和弦向三个方向构成插值坐标系，在插值坐标系下投影的坐标为/>，对应的物理量值为/>，/>在插值坐标系下投影的坐标为；
S3、统计插值坐标系下已知物理量的数据点集合在厚度方向、展向和弦向三个方向上的最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>；统计待插值的数据点集合在厚度方向、展向和弦向三个方向上的最小值和最大值/>，/>，/>，/>，/>，/>；
S4、在插值坐标系下根据最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>对已知物理量的数据点进行各向异性修正得到数据点/>；
S5、在插值坐标系下根据最小值和最大值，/>，/>，/>，/>，/>对待插值数据点进行各向异性修正得到数据点/>；
S6、在插值坐标系下利用反距离权重方法进行插值，得到待插值点到距离最近的个点的距离的平方/>；
S7、根据计算得到待插值点的物理量/>，用于飞行器薄的翼面、舵面结构进行多场耦合；
所述步骤S4中的修正公式为：
上式中，为已知物理量数据点i点的厚度方向、展向和弦向三个方向的修正后的坐标值；
所述步骤S5中的修正公式为：
上式中，为待插值数据点j点的厚度方向、展向和弦向三个方向的修正后的坐标值；
所述步骤S6具体为：针对某一待插值的数据点，循环遍历已知物理量的数据点集合{/>|/>}，找到最近距离的/>个点，表示为集合形式为{|/>}，以及这/>个点对应的物理量值为{/>|/>}，计算待插值点到这/>个点的距离的平方/>；
所述步骤S7中待插值点的物理量的计算公式为：
上式中，为k点对应的物理量值。
2.根据权利要求1所述的基于各向异性尺度修正的反距离权重数据插值方法，其特征在于，所述步骤S6中待插值点到这个点的距离的平方/>的计算公式为：
。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106126791A (zh) * 2016-06-17 2016-11-16 北京航空航天大学 一种考虑几何不确定性的高超声速机翼气动力/热分析方法
CN106600537A (zh) * 2016-12-14 2017-04-26 云南师范大学 一种反距离权重的异向性三维空间插值方法
CN108256143A (zh) * 2017-12-13 2018-07-06 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 一种飞行器表面多块结构网格的快速插值方法
CN108780568A (zh) * 2017-10-31 2018-11-09 深圳市大疆创新科技有限公司 一种图像处理方法、装置及飞行器
CN109446471A (zh) * 2018-09-07 2019-03-08 北京航空航天大学 一种考虑载荷不确定性基于径向基函数插值的流固耦合界面数据传递方法
CN109711048A (zh) * 2018-12-26 2019-05-03 北京航空航天大学 一种考虑气动和结构多类型设计变量的机翼设计方法
CN110345867A (zh) * 2019-07-15 2019-10-18 北京工业大学 一种基于反距离权重法修正cmm空间任意点坐标误差的方法
CN112632818A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 重庆交通大学 高阶梯度光滑无网格方法、系统、介质、计算机设备
CN115358001A (zh) * 2022-07-22 2022-11-18 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种飞翼布局飞行器前缘半径气动隐身综合优化的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11727162B2 (en) * 2019-11-25 2023-08-15 Akselos S.A. Methods and systems for component-based reduced order modeling for industrial-scale structural digital twins

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106126791A (zh) * 2016-06-17 2016-11-16 北京航空航天大学 一种考虑几何不确定性的高超声速机翼气动力/热分析方法
CN106600537A (zh) * 2016-12-14 2017-04-26 云南师范大学 一种反距离权重的异向性三维空间插值方法
CN108780568A (zh) * 2017-10-31 2018-11-09 深圳市大疆创新科技有限公司 一种图像处理方法、装置及飞行器
CN108256143A (zh) * 2017-12-13 2018-07-06 中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所 一种飞行器表面多块结构网格的快速插值方法
CN109446471A (zh) * 2018-09-07 2019-03-08 北京航空航天大学 一种考虑载荷不确定性基于径向基函数插值的流固耦合界面数据传递方法
CN109711048A (zh) * 2018-12-26 2019-05-03 北京航空航天大学 一种考虑气动和结构多类型设计变量的机翼设计方法
CN110345867A (zh) * 2019-07-15 2019-10-18 北京工业大学 一种基于反距离权重法修正cmm空间任意点坐标误差的方法
CN112632818A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 重庆交通大学 高阶梯度光滑无网格方法、系统、介质、计算机设备
CN115358001A (zh) * 2022-07-22 2022-11-18 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种飞翼布局飞行器前缘半径气动隐身综合优化的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Recent improvements of actuator line-large-eddy simulation method for wind turbine wakes;Gao Zhiteng 等;《Applied Mathematics and Mechanics》;第42卷(第4期);511-526 *
Time-adaptive loosely coupled analysis on fluid–thermal–structural behaviors of hypersonic wing structures under sustained aeroheating;Chen Fang 等;《Aerospace Science and Technology》;第78卷;620-636 *
基于物理量梯度修正的RBF数据传递方法;刘智侃 等;《航空学报》;第42卷(第7期);195-208 *
柔性翼微型飞行器流固耦合数值模拟;孟令兵 等;《南京航空航天大学学报》;第45卷(第5期);621-627 *

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