鬼佬大哥大
  • / 7
  • 下載費用:30 金幣  

基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510512785.5

申請日:

2015.08.19

公開號:

CN105069245A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20150819|||公開
IPC分類號: G06F17/50; B64F5/00 主分類號: G06F17/50
申請人: 中國航天空氣動力技術研究院
發明人: 劉傳振; 陳冰雁; 紀楚群
地址: 100074北京市豐臺區云崗西路17號
優先權:
專利代理機構: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369 代理人: 史霞
PDF完整版下載: PDF下載
法律狀態
申請(專利)號:

CN201510512785.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.04.10|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,包括以下步驟:1)確定三維流場;2)確定激波曲面,擬合前緣曲線;3)采用多重搜索技術進行流線追蹤生成乘波體下表面,同時,通過對激波出口形線的縮放調整,自動獲得長度給定的乘波體外形。本發明的有益效果如下:(1)突破現有設計方法局限于二維或擬二維流場的情況,使用激波裝配法精確計算三維流場,并準確分辨激波曲面。(2)針對三維乘波體設計中的海量數據尋點問題,使用八叉樹將數據剖分為多個子分區,結合虛擬邊界法可以大大提高尋點效率強。(3)基于激波裝配法的三維流場擴大了設計空間,并與基于多重搜索的流線追蹤法結合大大提高了追蹤效率,滿足飛行器布局的快速設計要求。

權利要求書

1.基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,其特征在于,包括以下步驟:
1)確定三維流場;
2)確定激波曲面,擬合前緣曲線;
3)采用多重搜索技術進行流線追蹤生成乘波體下表面,同時,通過對激波出口形線
的縮放調整,自動獲得長度給定的乘波體外形。
2.根據權利要求1所述的基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,其特征在
于,采用激波裝配法確定三維流場。
3.根據權利要求1所述的基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,其特征在
于,所述多重搜索技術包括以下步驟:
a、網格劃分:以八叉樹為數據結構,首先使用一個能夠包括所有的數據點的區域,
然后將數據點存入所述區域,如果點個數超過預先設定的閾值,則將所述區域分為八個子
區域。重復上述步驟,直到所有區域的點均不超過閾值;
b、點搜索與插值:首先查找點所在的子分區,然后在子分區內提取數據點信息自適
應的使用反距離加權法插值目標點的信息。
4.根據權利要求3所述的基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,其特征在
于,所有的葉子節點中存有完成的數據點信息。
5.根據權利要求4所述的基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,其特征在
于,為了節省內存空間,如果節點不是葉子節點,則在剖分過程中釋放此節點存儲的數據
點信息。
6.根據權利要求3所述的基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,其特征在
于,結合虛擬邊界和自適應反距離加權法加快尋點效率。

說明書

基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法

技術領域

本發明屬于飛行器設計技術領域,特別涉及一種基于多重搜索技術的三維乘波體快速
設計方法。

背景技術

高超聲速飛行器是應對未來戰爭、突破導彈防御系統的重要武器系統,具有極高速的
遠程打擊和突防能力,能夠做到“全球即時到達”,成為當今世界各國競相研制和發展的
熱門武器系統,具有極其重要的軍事價值。無論哪一類近空間高超聲速飛行器,都將高速、
高機動性和大射程作為其主要的發展目標。

乘波體布局因其高升阻比特性從低阻力外形中脫穎而出,成為研究最為廣泛的高超聲
速飛行器氣動外形之一,包括美國的波音公司、諾恩洛普公司等都已經決定采用乘波體方
案作為高超聲速飛行器的構型基礎,并進行了多次飛行試驗,得到了很大的技術進展。典
型的乘波體設計方法分為兩大類:正設計和反設計方法。正設計方法是有某幾何外形求得
基本流場,通過FCT與激波的交線確定乘波體前緣,然后進行流線追蹤獲得乘波構型。
反設計方法是從激波形狀出發反向迭代求解流場,再根據流場追蹤得到乘波外形,比較典
型的是密切錐方法。傳統的乘波設計方法中,正設計方法比如錐導乘波體等是基于擬二維
流場,實現簡單,流場模擬準確,但是激波形狀相對固定,存在升阻比極限,限制了乘波
構型的設計空間;吻切錐方法等反設計方法雖然可以指定激波形狀,擴大了設計空間,但
是流場一般采取簡單流場近似模擬的計算方法,忽略了橫向流動,適用范圍小使乘波體外
形難以精確保證乘波性能。為了規避傳統乘波體設計方法的局限性,一個較好的思路是建
立適合于一般三維流場的乘波理論。乘波設計一般從激波面出發,因此需要準確分辨三維
流場的激波面。同時使用CFD方法得到的流場數據十分巨大,網格量從幾十萬到近千萬
不等,此時使用流線追蹤法搜索和查找流場內部任意點的位置和信息是一項耗時巨大的工
作,大大降低了設計效率。

發明內容

為了解決上述問題,本發明提供了一種基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方
法,包括以下步驟:

1)確定三維流場;

2)確定激波曲面,擬合前緣曲線;

3)采用多重搜索技術進行流線追蹤生成乘波體下表面,同時,通過對激波出口形線
的縮放調整,自動獲得長度給定的乘波體外形。

優選方案是:采用激波裝配法確定三維流場。

優選方案是:所述多重搜索技術包括以下步驟:

a、網格劃分:以八叉樹為數據結構,首先使用一個能夠包括所有的數據點的區域,
然后將數據點存入所述區域,如果點個數超過預先設定的閾值,則將所述區域分為八個子
區域。重復上述步驟,直到所有區域的點均不超過閾值;

b、點搜索與插值:首先查找點所在的子分區,然后在子分區內提取數據點信息自適
應的使用反距離加權法插值目標點的信息。

優選方案是:所有的葉子節點中存有完成的數據點信息。

優選方案是:為了節省內存空間,如果節點不是葉子節點,則在剖分過程中釋放此節
點存儲的數據點信息。

優選方案是:結合虛擬邊界和自適應反距離加權法加快尋點效率。

本發明的有益效果如下:

(1)突破現有設計方法局限于二維或擬二維流場的情況,使用激波裝配法精確計算
三維流場,并準確分辨激波曲面。

(2)針對三維乘波體設計中的海量數據尋點問題,使用八叉樹將數據剖分為多個子
分區,結合虛擬邊界法可以大大提高尋點效率,與廣泛使用的stencil-walk等方法相比,
此方法穩定性更強。

(3)基于激波裝配法的三維流場擴大了設計空間,并與基于多重搜索的流線追蹤法
結合大大提高了追蹤效率,滿足飛行器布局的快速設計要求。

附圖說明

圖1為實施例1的高超聲速橢錐網格分布圖;

圖2為實施例1的乘波體的前緣線示意圖;

圖3為實施例1的乘波體示意圖;

圖4為實施例2的高超聲速尖錐網格分布圖;

圖5為實施例2的乘波體示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明,以令本領域技術人員參照說明書文字能
夠據以實施。

應當理解,本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術語并不配出一個或多
個其它元件或其組合的存在或添加。

本發明提供了一種基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法,包括以下步驟:

1)采用激波裝配法確定三維流場;

為了設計具有優良性能的乘波飛行器,需要計算一般幾何形狀的高超聲速流場,比
如,橢錐,帶攻角的尖錐等。在確定了幾何形狀之后需要計算得到它的流場,帶激波的流
場計算是非常復雜的,目前常用的方法有捕捉法和裝配法。激波捕捉法無需事先知道激波
的位置,激波是在求解過程中自動捕捉得到的。但這種方法容易在激波附近產生非物理振
蕩,并且激波位置常常跨越若干個流場網格,難以應用到乘波體設計中。使用激波裝配法
計算帶激波的流場,具有較高的精度,并且容易分辨激波的位置和形狀,非常適用于三維
乘波體的設計。

2)確定激波曲面,擬合前緣曲線;

3)采用多重搜索技術進行流線追蹤生成乘波體下表面,同時,通過對激波出口形線
的縮放調整,自動獲得長度給定的乘波體外形。

乘波體設計是使用流線追蹤法自動追蹤得到,在這個過程中,尋點并插值點的信息是
耗時最多的工作。多重搜索技術的基本原理是將網格點分到多個子區,每個子區存有一定
數量的數據點,在進行搜索時可以首先定位到點所在的子區域,然后再在相應的區域中使
用合適的空間內插方法進行插值。此方法的實現包括兩部分:a)網格剖分:以八叉樹為
數據結構,首先使用一個足夠大的區域包括所有的數據點,將數據點存入,如果個數超過
所設定的閾值,將此區域細分為八個區域。重復上述過程直到所有區域的點均不超過閾值,
數據分區完成,并且所有的葉子節點中存有完整的數據點信息。為了節省內存空間,如果
節點不是葉子節點,則在剖分過程中釋放此節點存儲的數據點信息。b)點搜索與插值:
首先查找點所在的子分區,再在子分區內提取數據點信息自適應的使用反距離加權法插值
目標點的信息。為了方便插值子分區邊界出的信息,使用虛擬邊界法在子分區內存儲相鄰
分區邊界的信息。

實施例1

首先以鈍頭橢錐體為例,試用激波裝配法計算流場,然后進行乘波體設計。使用激波
裝配法計算得到的流場網格數為110萬左右,網格分布見圖1,其中最外層網格就是激波
曲面。如圖2所示,以空間的一條曲線作為FCT,在所述曲線上選取6個控制點控制FCT
曲線,所述6個控制點的坐標如表1所示,使用二維多重剖分結合曲面樣條方法投影到所
述激波曲面作為乘波體的前緣線。

以八叉樹為數據結構,采用多重搜索技術進行流線追蹤生成乘波體下表面。首先使用一個
能夠包括所有的數據點的區域,然后將數據點存入所述區域,如果點個數超過預先設定的
5000個,則將所述區域分為八個子區域。重復上述步驟,直到所有區域的點均不超過5000
個。最后采取流線追蹤法向后推進,推進過程中流場中一點的信息通過所述的多重搜索算
法快速求得,最終得到圖3的乘波外形,耗時約0.3S,滿足飛行器快速設計的效率需求。

升阻比為11.61,容積率為0.134。表1鈍頭橢錐乘波體設計的FCT的控制點坐標

表1鈍頭橢錐乘波體設計的FCT的控制點坐標

控制點坐標
1
2
3
4
5
6
X
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Y
-20.0
-20.0
-25.0
-27.0
-28.0
-30.0
Z
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0

實施例2

首先以帶攻角的錐型流為例,試用激波裝配法計算流場,然后進行乘波體設計。使用
激波裝配法計算得到的流場網格數為123萬左右,網格分布見圖4,其中最外層網格就是
激波曲面。選取5個控制點控制FCT曲線,所述個控制點的坐標如表2所示,使用二維
多重剖分結合曲面樣條方法投影到所述激波曲面作為乘波體的前緣線。

以八叉樹為數據結構,采用多重搜索技術進行流線追蹤生成乘波體下表面。首先使用
一個能夠包括所有的數據點的區域,然后將數據點存入所述區域,如果點個數超過預先設
定的5000個,則將所述區域分為八個子區域。重復上述步驟,直到所有區域的點均不超
過5000個。最后采取流線追蹤法向后推進,推進過程中流場中一點的信息通過所述的多
重搜索算法快速求得,最終得到圖5的乘波外形,耗時約0.4S。

表2尖錐乘波體設計的FCT控制點坐標

控制點坐標
1
2
3
4
5
X
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
Y
-10.0
-10.0
-13.0
-16.0
-18.0
Z
0.0
5.0
10.0
15..0
20.0

盡管本發明的實施方案已公開如上,但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運
用,它完全可以被適用于各種適合本發明的領域,對于熟悉本領域的人員而言,可容易地
實現另外的修改,因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下,本發明并不限
于特定的細節和這里示出與描述的圖例。

關 鍵 詞:
基于 多重 搜索 技術 三維 乘波體 快速 設計 方法
  專利查詢網所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網友學習交流,未經上傳用戶書面授權,請勿作他用。
關于本文
本文標題:基于多重搜索技術的三維乘波體快速設計方法.pdf
鏈接地址:http://www.wwszu.club/p-6401629.html
關于我們 - 網站聲明 - 網站地圖 - 資源地圖 - 友情鏈接 - 網站客服客服 - 聯系我們

[email protected] 2017-2018 zhuanlichaxun.net網站版權所有
經營許可證編號:粵ICP備17046363號-1 
 


收起
展開
鬼佬大哥大