CN117521234A - 飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法、设备及介质，属于飞行器优化设计领域，包括步骤：多域FFD控制框制作；物面点与FFD控制框的从属关系及映射关系计算；FFD控制框的增广方法；控制框重叠区域的使用策略；控制点选取原则；内外流参数化变形实现。本发明能够实现飞翼布局背负式进排气系统的内外流参数化变形，增加了背负式进气飞行器设计的灵活性，提升了工程化应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器优化设计领域，更为具体的，涉及一种飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法、设备及介质。
背景技术
飞行器气动外形参数化建模方法是提高飞行器设计效率的关键，是实现飞行器气动外形设计自动化的前提，该项技术存在较大的挑战性，需要在兼顾设计空间充足性的前提下，兼顾设计空间的合理性，避免出现奇异曲面、曲线分布。不同的设计问题上对参数化建模的要求也不尽相同，例如，翼型参数化建模要求简捷明了；三维问题参数化建模要求通用、健壮；气动布局参数化建模要求灵活可控；气动布局/进气道一体化参数化必须兼顾内、外型面的约束限制，不同部件参数化建模方法的兼容性、独立性，以及参数化变形的简捷性。
飞行器内、外型面以及不同部件参数化建模方法也存在一定的独立性，主要体现在：外流型面进行参数化变形时，必须保证与内流型面保持一定的容积约束，避免曲面相交、容积减小等问题，这对参数化建模来讲是一个技术挑战。不同部件参数化建模方法的兼容性要求主要体现在：内、外型面变形后的外形数据结果能够做到统一处理，保证部件之间原有的连续性、光滑性等特征；数据结果能够做到统一处理，为高效的网格重构提供有效的物面信息输入。
目前广泛采用内外流优化的参数化建模方法大多采用child框，即主FFD框进行飞机外表面参数化建模，子FFD框进行内流表面建模，这种方法适用于机体和推进系统有明显界面的飞行器，例如宽体客机等。对于背负式进气形式的飞行器，若采用child框，在实现内流、外流分别建模的同时，无法实现内外流融合处的参数化建模，只能放弃该处物面的参数化建模。因此，针对背负式进气形式的飞行器，若要实现全机内外流一体化的参数化建模，其中的重点和难点之一是内外流交界出的处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法、设备及介质，实现了飞翼布局背负式内外流一体化的参数化变形，增加了背负式进气飞行器设计的灵活性，提升了工程化应用潜力。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，包括以下步骤：
S1，制作FFD控制框：依据计算网格拓扑结构，以多块对接的形式组成，且存在FFD控制框的重叠区域；
S2，物面点与FFD控制框的从属关系及映射关系计算：采用标记法和射线法确定物面点落在相应FFD控制框中，并计算物面点坐标在相应FFD控制框中的逻辑坐标；
S3，FFD控制框的增广：采用沿某个方向增广FFD控制框的方法，在FFD控制框边界处实现二阶连续；
S4，FFD控制框重叠区域的使用：通过对FFD控制框重叠区域内不同的控制框组合使用，达到内外流一体化参数化的目的，并结合虚拟增广框，使交界处壁面二阶连续；
S5，控制点选取：根据需要参数化变形的区域选取控制点；
S6，内外流参数化变形：根据控制点的位移和物面点的逻辑坐标，反向求解物面点真实坐标，更新物面点的坐标，从而实现飞翼布局内外流一体化的参数化建模。
进一步地，在步骤S1中，所述FFD控制框为六个。
进一步地，在步骤S1中，包括子步骤：对计算网格的物面网格进行标记，并进行分区，在分区后形成所述计算网格拓扑结构。
进一步地，在步骤S3中，所述在FFD控制框边界处实现二阶连续，包括子步骤：通过增加虚拟点的方式实现。
进一步地，在步骤S6中，所述物面点的逻辑坐标采用拟牛顿迭代法求解得到。
进一步地，在步骤S6中，所述飞翼布局包括类x47B的飞翼布局。
一种可读存储介质，存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上任一所述的方法。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现如上任一所述的方法。
本发明的有益效果包括：
本发明能够实现了飞翼布局背负式进排气系统的内外流参数化变形，增加了背负式进气飞行器设计的灵活性，提升了工程化应用潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为类x47B的飞翼布局；
图2为FFD控制框逻辑示意图；
图3为多域FFD参数化建模示意图；
图4为建模流程图；
图5为表面分区标记示意图；其中，（1）为进气道附近标号示意图；（2）为尾喷管附近标号示意图；
图6a为FFD控制框第一示意图；其中，（1）为整体视图；（2）为进气道附近局部视图；
图6b为FFD控制框第二示意图；其中，（3）为内流道整体视图；（4）为尾喷管附近局部视图；
图7a为第一重叠区域FFD控制框第一示意图；其中，（1）为整体视图；（2）为进气道附近局部视图；
图7b为第一重叠区域FFD控制框第二示意图；其中，（3）为内流道整体视图；（4）为尾喷管附近局部视图；
图8a为第二重叠区域FFD控制框第一示意图；其中，（1）为整体视图；（2）为进气道附近局部视图；
图8b为第二重叠区域FFD控制框第二示意图；其中，（3）为内流道整体视图；（4）为尾喷管附近局部视图；
图9a为第三重叠区域FFD控制框第一示意图；其中，（1）为整体视图；（2）为进气道附近局部视图；
图9b为第三重叠区域FFD控制框第二示意图；其中，（3）为下表面整体视图，（4）为尾喷管附近局部视图；
图10为虚拟增广框示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
术语解释
block：计算网格生成过程中的计算域称为块（block）。
FFD：FFD为自由变形造型技术（Free-Form Deformation）的简称，FFD控制框为包围待变形物体的长方体，通过在长方体中构造局部坐标系，并求解待变形物体在控制框的映射关系，实现待变形物体随控制框中网格点的位移而变形。
实施例的参数化对象为一种类x47B的飞翼布局，包含内流和外流物面，如图1所示。为了实现该布局的内外流一体化建模，本发明实施例提出一种可以实现飞翼布局背负式内外流一体化的多域FFD参数化建模方法。其主要思路如图2-图3所示。通过组合不同的控制框，达到内外流一体化参数化的目的。主要的FFD框有3个，分别为①框、②框、③框。①框用于参数化部分外流上表面、部分内流上表面和唇口。①框用于参数化部分外流下表面、部分内流下表面和内外流耦合区域。③框用于参数化主要机翼部分。④框为①和③的连接框，用于参数化部分外流上表面。⑤框为①和②的连接框，参数化内流侧面。⑥框为②和③框的连接框，参数化部分外流下表面。通过①至⑥框的共同作用，实现背负式内外流一体化的参数化建模。具体流程如图4所示，包含如下步骤：
（1）对CFD计算网格的物面网格进行标记，分为ABCDE区域，如图5所示，分区的主要目的是在④框、⑤框、⑥框重叠区域划分各自的控制区域。①框参数化A区物面，②框参数化E区物面，③框参数化部分B和C区物面，④框参数化B区物面和A区的外流上表面，⑤框参数化D区物面，⑥框参数化C区物面和E区的外流下表面。图5中，（1）为进气道附近标号示意图，（2）为尾喷管附近标号示意图。
（2）根据计算网格的边界层拓扑，通过改造，完成多域FFD框的制作。如图2、图3、图6a、图6b、图7a、图7b、图8a、图8b、图9a、图9b所示。图6a中（1）为整体视图，图6a中（2）为进气道附近局部视图。图6b中（3）为内流道整体视图，图6b中（4）为尾喷管附近局部视图。图7a中（1）为整体视图，图7a中（2）为进气道附近局部视图。图7b中（3）为内流道整体视图，图7b中（4）为尾喷管附近局部视图。图8a中（1）为整体视图，图8a中（2）为进气道附近局部视图。图8b中（3）为内流道整体视图，图8b中（4）为尾喷管附近局部视图。图9a中（1）为整体视图，图9a中（2）为进气道附近局部视图。图9b中（3）为下表面整体视图，图9b中（4）为尾喷管附近局部视图。
（3）通过射线方法确定归属于①②③框的物面点，④⑤⑥框的归属点依据重叠区域的使用原则，通过标记方法和射线方法，确定归属点。其中归属于④控制框的物面点同时满足2个要求：被④控制框包围，标记为A和B；归属于⑤控制框的物面点同时满足2个要求：被⑤控制框包围，标记为D；归属于⑥控制框的物面点同时满足2个要求：被⑥控制框包围，标记为C和E；
（4）采用沿某个方向增广控制框的方法，在控制框边界处实现二阶连续，如图10所示。黑色控制框和浅灰色控制框为相邻的两个控制框，浅灰色控制框的j_end和黑色控制框的j_start重合，黑色点为黑色控制框在边界的控制点，为了实现归属于黑色控制框的物面点在边界上二阶连续，采用虚拟增广框方法，增加三排虚拟点，如图中方框所示，仅展示了其中两排控制点，浅灰色点为归属于浅灰色控制框，但由黑色圆圈包裹的浅灰色点同时也属于黑色增广框的虚拟点，虚拟点的位移同浅灰色控制框中j_end-1和j_end-2排相同。
（5）①②③框为主要控制框，④⑤⑥框与主要控制框组合使用。通过①④③控制框，参数化布局上表面，即A和B区域，沿着布局展向查找增广方向，使得物面变形沿展向二阶连续；通过②⑥③控制框，参数化布局下表面，即C和E的下表面区域，同样沿着布局展向查找增广方向，使得物面变形沿展向二阶连续；通过①⑤②控制框，参数化布局内内管道，即A区下表面、D区和E区的上表面，沿着周向查找增广方向，使得物面变形沿周向二阶连续。
（6）根据控制框、虚拟增广框及其归属点，采用非均匀有理B样条基函数，进一步确定节点矢量，依据下式确定逻辑坐标和控制点的函数关系。采用拟牛顿迭代法求解物面点在对于控制框中的逻辑坐标。
其中，l,m,n表示FFD控制框以左手系定义局部坐标系的三个坐标轴矢量的维度，而i，j，k为轴矢量的遍历变量，i=0,1,……l构成节点矢量/>，j=0,1……m，构成节点矢量/>，k=0,1,……n构成节点矢量/>，(s,t,u)表示在该局部坐标系下的坐标，X(s,t,u)表示局部坐标(s,t,u)对应点在笛卡尔坐标系下的坐标，Pi,j,k为FFD控制框的网格点坐标，Nil(s)表示由节点矢量/>定义的第i个l次的非均匀有理B样条基函数，Njm(t)表示由节点矢量/>定义的第j个m次的非均匀有理B样条基函数，Nkn(u)表示由节点矢量定义的第k个n次的非均匀有理B样条基函数。
（7）选取控制点。①控制框中的控制点可全选，控制A区，包括布局外流上表面，内流上表面，唇口的前缘半径和位置；②控制框中的控制点可全选，控制E区，包括外流下表面、内流下表面，内外流耦合区域，翼型前缘半径；③控制框中的控制点可全选，参数化主要机翼部件，包括机翼的平面形状、剖面翼型，前缘半径，扭转等；④控制框中选取最上层的控制点，控制外流的上表面；⑤控制框中选取最内侧控制点，控制内流的侧面；⑥控制框中选取最下侧的控制点，控制外流的下表面。
（8）通过移动控制点，根据（6）中所述的函数关系，更新物面点的坐标，从而实现飞翼布局背负式内外流一体化的参数化变形。
本发明实施例结合FFD参数化方法的数学理论和先进网格技术，发展一种可以实现飞翼布局背负式内外流一体化的多域FFD参数化建模方法，可进一步增加背负式进气飞行器设计的灵活性，提升其工程化应用潜力。
实施例1：一种飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，包括以下步骤：
S1，制作FFD控制框：依据计算网格拓扑结构，以多块对接的形式组成，且存在FFD控制框的重叠区域；
S2，物面点与FFD控制框的从属关系及映射关系计算：采用标记法和射线法确定物面点落在相应FFD控制框中，并计算物面点坐标在相应FFD控制框中的逻辑坐标；
S3，FFD控制框的增广：采用沿某个方向增广FFD控制框的方法，在FFD控制框边界处实现二阶连续；
S4，FFD控制框重叠区域的使用：通过对FFD控制框重叠区域内不同的控制框组合使用，达到内外流一体化参数化的目的，并结合虚拟增广框，使交界处壁面二阶连续；
S5，控制点选取：根据需要参数化变形的区域选取控制点；
S6，内外流参数化变形：根据控制点的位移和物面点的逻辑坐标，反向求解物面点真实坐标，更新物面点的坐标，从而实现飞翼布局内外流一体化的参数化建模。
实施例2：在实施例1的基础上，在步骤S1中，所述FFD控制框为六个。
实施例3：在实施例1的基础上，在步骤S1中，包括子步骤：对计算网格的物面网格进行标记，并进行分区，在分区后形成所述计算网格拓扑结构。
实施例4：在实施例1的基础上，在步骤S3中，所述在FFD控制框边界处实现二阶连续，包括子步骤：通过增加虚拟点的方式实现。
实施例5：在实施例1的基础上，在步骤S6中，所述物面点的逻辑坐标采用拟牛顿迭代法求解得到。
实施例6：在实施例1的基础上，在步骤S6中，所述飞翼布局包括类x47B的飞翼布局。
实施例7：一种可读存储介质，存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例1~实施例6任一所述的方法。
实施例8：一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现如实施例1~实施例6任一所述的方法。
描述于本发明实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元也可以设置在处理器中。其中，这些单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。
根据本申请的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种可选实现方式中提供的方法。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该电子设备执行时，使得该电子设备实现上述实施例中所述的方法。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制作FFD控制框：依据计算网格拓扑结构，以多块对接的形式组成，且存在FFD控制框的重叠区域；
S2，物面点与FFD控制框的从属关系及映射关系计算：采用标记法和射线法确定物面点落在相应FFD控制框中，并计算物面点坐标在相应FFD控制框中的逻辑坐标；
S3，FFD控制框的增广：采用沿某个方向增广FFD控制框的方法，在FFD控制框边界处实现二阶连续；
S4，FFD控制框重叠区域的使用：通过对FFD控制框重叠区域内不同的控制框组合使用，达到内外流一体化参数化的目的，并结合虚拟增广框，使交界处壁面二阶连续；
S5，控制点选取：根据需要参数化变形的区域选取控制点；
S6，内外流参数化变形：根据控制点的位移和物面点的逻辑坐标，反向求解物面点真实坐标，更新物面点的坐标，从而实现飞翼布局内外流一体化的参数化建模。
2.根据权利要求1所述的飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，其特征在于，在步骤S1中，所述FFD控制框为六个。
3.根据权利要求1所述的飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，其特征在于，在步骤S1中，包括子步骤：对计算网格的物面网格进行标记，并进行分区，在分区后形成所述计算网格拓扑结构。
4.根据权利要求1所述的飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，其特征在于，在步骤S3中，所述在FFD控制框边界处实现二阶连续，包括子步骤：通过增加虚拟点的方式实现。
5.根据权利要求1所述的飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，其特征在于，在步骤S6中，所述物面点的逻辑坐标采用拟牛顿迭代法求解得到。
6.根据权利要求1所述的飞翼布局内外流一体化的参数化建模方法，其特征在于，在步骤S6中，所述飞翼布局包括类x47B的飞翼布局。
7.一种可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1~6任一所述的方法。
8.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现如权利要求1~6任一所述的方法。
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2023
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117521234B (zh) | 2024-03-12 |
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