一种高超声速隔离段优化设计方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种高超声速隔离段优化设计方法及系统，包括：提取进气道出口与燃烧室入口的型线获得隔离段入口与隔离段出口；将隔离段入口划分为A1A2、A2A3、…、A

An Optimum Design Method and System for Hypersonic Isolation Section

【技术实现步骤摘要】
一种高超声速隔离段优化设计方法及系统
本专利技术涉及高超声速发动机
，尤其涉及一种高超声速隔离段优化设计方法及系统。
技术介绍
高超声速飞行器是以超燃冲压发动机以及组合发动机为动力，能在大气层和跨大气层中实现高超声速飞行的飞行器。其中隔离段是超燃冲压发动机的重要部件，作用是隔离燃烧室内反压对上游进气道的影响，并容纳激波串，对来流减速加压，提高流场品质。其性能的优劣直接影响到了超燃冲压发动机工作性能。隔离段按出入口是否偏置可分为等直隔离段和弯曲隔离段。等直隔离段内流场一般比较简单，人们对其中激波，膨胀波以及边界层相互干扰的流动机理认识比较清楚，提出了一些能指导等直隔离段设计的半经验公式。（文献“StructureofShockWavesinCylindricalDucts[J],P.J.Waltrup,F.S.Billig,AIAAJournal,1973”）对于弯曲隔离段而言，由于其中复杂的流动现象使其特性偏离了传统的简化模型，具有复杂的三维特征，上述半经验公式并不适用。目前关于弯曲隔离段设计的方法主要有：文献“复杂变截面进气道的一种设计方法[J]，周慧晨，航空动力学报,2009”，该文章提出了一种基于曲率控制的截面形状生成与过渡技术，可实现进气道任意进口截面形状向出口圆截面的过渡，为复杂截面变化提供了思路；文献“超声速转弯流道设计方法[P]，赵玉新，王振国，赵延辉，梁剑寒，范晓樯，马志成，201210447983.4，2012.11.09”提供了一种超声速转弯流道设计方法，该方法根据流道入口和单边壁面曲线，利用特征线法确定对应于单边壁面曲线的对边壁面曲线，根据出口流场参数确定超声速流道壁面曲线，能够获得全流场为超声速的无激波超声速流道；文献“一种基于几何融合的三维变截面弯曲流道设计方法及装置[P]，范晓樯;蒙泽威;王翼;熊冰，陶渊;徐尚成;陆雷;201811037808，2018.12.14”提出了一种基于几何融合的三维弯曲变截面流道设计方法，其优点为能满足入口和出口形状要求，同时也能满足偏置要求。以上的现有方法也具备有较多弊端，比如：现有优化设计方法中的几何融合方法，待融合截面进行离散获得的离散点的空间位置是唯一确定的，只要融合函数关系一给定，出入口之间各过渡截面上离散点的空间位置也就唯一确定，无法实现最优的设计。
技术实现思路
针对现有技术中隔离段优化设计的不足，本专利技术的目的是提供一种高超声速隔离段优化设计方法及系统。其采用的技术方案是：一种高超声速隔离段优化设计方法,包括如下步骤：步骤1，提取进气道出口与燃烧室入口的型线，获得隔离段入口与隔离段出口；步骤2，根据控制参数将隔离段入口的型线划分为A1A2、A2A3、…、AnAn+1、将隔离段出口的型线划分为B1B2、B2B3、…、BnBn+1，其中，n≥3；步骤3，获取AiAi+1至BiBi+1平滑过渡的第j个沿程过渡型线CijC（i+1）j，即C1jC2j、C2jC3j、…、CnjC(n+1)j，整合C1jC2j、C2jC3j、…、CnjC(n+1)j得到隔离段入口至隔离段出口的平滑过渡的第j个沿程过渡截面fj,其中，其中i=1，2，…，n；j=1，2，3，…；步骤4，获取偏置控制线，将所有的过渡截面装配到偏置控制线中对应的偏置点上，获得三维变截面弯曲隔离段；步骤5，将三维变截面弯曲隔离段生成网格后进行循环仿真，采用优化算法调节控制参数的取值直至仿真优化目标达到收敛。作为上述技术方案的进一步改进，所述提取进气道出口与燃烧室入口的型线，获得隔离段入口与隔离段出口，具体为：提取进气道出口与燃烧室入口位于进气道对称面同一侧的型线，获取进气道出口的型线并与对称线组成隔离段入口截面，获取燃烧室入口的型线并与对称线组成隔离段出口截面。作为上述技术方案的进一步改进，步骤2中，所述根据控制参数将隔离段入口划分为A1A2、A2A3、…、AnAn+1、将隔离段出口划分为B1B2、B2B3、…、BnBn+1，具体为：以控制参数中的第一比例数a1∶a2∶…∶an将隔离段入口划分为A1A2、A2A3、…、AnAn+1，以控制参数中的第二比例数b1∶b2∶…∶bn将隔离段出口划分为B1B2、B2B3、…、BnBn+1。作为上述技术方案的进一步改进，所述获取AiAi+1至BiBi+1平滑过渡的第j个沿程过渡型线CijC（i+1）j,具体为：步骤31，对线段AiAi+1与线段BiBi+1进行数学离散，使得AiAi+1与BiBi+1的离散点数目一一对应；步骤32，通过几何融合算法获取离散后的AiAi+1至BiBi+1平滑的第j个沿程过渡型线CijC(i+1)j，所述CijC(i+1)j的表达式为：式中，CijC(i+1)j（zl，yl）表示第j个沿程型线CijC(i+1)j上第l个点的坐标函数，fin（zl，yl）表示AiAi+1第l个点的坐标函数，fout（zl，yl）表示BiBi+1第l个点的坐标函数，x为流线坐标，xin是流道入口的流线坐标，xout是流道出口的流线坐标。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤4具体为：步骤41，获取过渡截面fj的缩放因子pj，并根据缩放因子获得缩放后的过渡截面；步骤42，获取偏置控制线；步骤43，将所有缩放后的过渡截面装配到偏置控制线中对应的偏置点上，获得三维变截面弯曲隔离段。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤41具体包括：获取过渡截面fj的设计面积Aj(xj)，则设计面积Aj(xj)满足：，式中，(xj，yj，zj)为过渡截面fj在X，Y，Z轴上的坐标；根据设计面积Aj(xj)的数值迭代，获得缩放因子pj，最终根据缩放因子获得缩放后的过渡截面。作为上述技术方案的进一步改进，所述获取偏置控制线，具体为：在隔离段入口与隔离段出口之间沿偏置控制线的线程上设定五个控制点，根据五个控制点的坐标，获得偏置控制线。作为上述技术方案的进一步改进，步骤5中，所述仿真优化目标为隔离段出口的总压恢复系数，所述步骤5具体包括：步骤51，将步骤4中的三维变截面弯曲隔离段参数化生成相应的弯曲隔离段型线；步骤52，将步骤51生成的弯曲隔离段型线导入网格划分软件生成网格，随后导入仿真软件进行循环仿真；步骤53，判断隔离段出口的总压恢复系数是否满足收敛条件：若满足收敛条件则停止循环，并输出变截面弯曲隔离段的最终构型；若不满足收敛条件则通过优化算法获取新的控制参数后返回步骤51。作为上述技术方案的进一步改进，步骤53中，所述优化算法为多岛遗传算法。一种高超声速隔离段优化设计系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。本专利技术的有益技术效果：本专利技术通过控制参数将隔离段入口与隔离段出口分为数段，并且以控制参数中的第一比例数与第二比例数来改变隔离段入口与隔离段出口中各分段的长度比例，使得弯曲隔离段沿程截面形状随着第一比例数与第二比例数的更换而灵活改变，使得待融合截面进行离散获得的离散点的空间位置是唯一确定的，最终在仿真过程中通过优化算法调节控制参数的取值，其获取过程简单，在大大丰富曲隔离段形状设计空间样本的种类的同时有效的提高了优化设计的效率。附图说明图1是本实施例中弯曲隔离段的构型图；图2是本实施例中高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高超声速隔离段优化设计方法,其特征在于，包括如下步骤：步骤1，提取进气道出口与燃烧室入口的型线，获得隔离段入口与隔离段出口；步骤2，根据控制参数将隔离段入口的型线划分为

【技术特征摘要】
1.一种高超声速隔离段优化设计方法,其特征在于，包括如下步骤：步骤1，提取进气道出口与燃烧室入口的型线，获得隔离段入口与隔离段出口；步骤2，根据控制参数将隔离段入口的型线划分为A1A2、A2A3、…、AnAn+1、将隔离段出口的型线划分为B1B2、B2B3、…、BnBn+1，其中，n≥3；具体为：以控制参数中的第一比例数将隔离段入口划分为长度比例为a1∶a2∶…∶an的A1A2、A2A3、…、AnAn+1，以控制参数中的第二比例数将隔离段出口划分为长度比例b1∶b2∶…∶bn为B1B2、B2B3、…、BnBn+1;步骤3，获取AiAi+1至BiBi+1平滑过渡的第j个沿程过渡型线CijC（i+1）j，即C1jC2j、C2jC3j、…、CnjC(n+1)j，整合C1jC2j、C2jC3j、…、CnjC(n+1)j得到隔离段入口至隔离段出口的平滑过渡的第j个沿程过渡截面fj,其中i=1，2，…，n；j=1，2，3，…；步骤4，获取偏置控制线，将所有的过渡截面装配到偏置控制线中对应的偏置点上，获得三维变截面弯曲隔离段；步骤5，将三维变截面弯曲隔离段生成网格后进行循环仿真，采用优化算法调节控制参数的取值直至仿真优化目标达到收敛。2.根据权利要求1所述高超声速隔离段优化设计方法,其特征在于，所述提取进气道出口与燃烧室入口的型线，获得隔离段入口与隔离段出口，具体为：提取进气道出口与燃烧室入口位于进气道对称面同一侧的型线，获取进气道出口的型线并与对称线组成隔离段入口截面，获取燃烧室入口的型线并与对称线组成隔离段出口截面。3.根据权利要求1所述高超声速隔离段优化设计方法,其特征在于，步骤3中，所述获取AiAi+1至BiBi+1平滑过渡的第j个沿程过渡型线CijC（i+1）j,具体为：步骤31，对线段AiAi+1与线段BiBi+1进行数学离散，使得AiAi+1与BiBi+1的离散点数目一一对应；步骤32，通过几何融合算法获取离散后的AiAi+1至BiBi+1平滑的第j个沿程过渡型线CijC(i+1)j，所述CijC(i+1)j的表达式为：式中，CijC(i+1)j（zl，yl）...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晓樯，陈镜帆，王翼，蒙泽威，熊冰，莫然，刘俊兵，徐阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43