一种直升机外形设计方法技术

本发明专利技术属于直升机外形领域，公开了一种直升机外形设计方法，所述方法包括：确定直升机外形的最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状，确定最大纵截面轮廓线的初始参数矩阵t

A method of helicopter shape design

【技术实现步骤摘要】
一种直升机外形设计方法
本专利技术涉及直升机外形领域，特别是涉及一种直升机外形设计方法。
技术介绍
目前，直升机理论外形通常采用CATIA软件进行设计，结合CFD计算分析结果和直升机模型风洞试验结果来对初步的理论外形进行修改完善，但是风洞试验的代价高、周期长，并且得到的不一定是直升机的最优外形。直升机理论外形的参数化快速设计是非常必要的。
技术实现思路
针对
技术介绍
的问题，本专利技术的目的在于提供一种直升机外形设计方法，提高直升机外形设计精度，在较短时间内，得出满足约束条件的外形，节约研制成本。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种直升机外形设计方法，所述方法包括：第一步：确定直升机外形的最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状，采用CST(Class-Shape-Transformation)参数化方法确定最大纵截面轮廓线的初始参数矩阵t1和横截面轮廓线的初始参数矩阵t2；第二步：根据直升机的主要交点数据，确定直升机外形的约束函数YS及直升机外形的约束矩阵tS；第三步：根据最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状确定直升机初始外形，并计算直升机初始外形的气动特性；第四步：建立直升机外形优化代理模型；第五步：根据最大纵截面轮廓线的初始参数矩阵t1、横截面轮廓线的初始参数矩阵t2、直升机外形的约束函数YS及约束矩阵tS，以及直升机外形优化代理模型，采用遗传优化算法，得到最大纵截面轮廓线的优化参数矩阵t1O和横截面轮廓线的优化参数矩阵t2O；第六步：根据最大纵截面轮廓线的优化参数矩阵t1O和横截面轮廓线的优化参数矩阵t2O，采用CST参数化方法，求出优化后直升机外形的类型函数、轮廓函数和主函数，进而绘制出最终的直升机外形；其中，类型函数用于表征直升机外形的对称性，轮廓函数用于表征直升机外形的轮廓线形状，主函数用于表征直升机外形的整体特征。本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：(a)第二步具体为：(1)确定直升机的旋翼系统、传动系统、动力系统、起落架的交点数据；(2)根据直升机的旋翼系统、传动系统、动力系统、起落架的交点数据，确定直升机外形的约束函数YS及直升机外形的约束矩阵tS。(b)第三步具体为：(1)根据最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状确定直升机初始外形，采用CATIA软件中的创成式曲面设计模块，绘制直升机初始外形；(2)采用CFD(ComputationalFluidDynamics)气动计算软件计算直升机初始外形的气动特性。(c)第四步具体为：(1)在直升机外形的约束函数YS及直升机外形的约束矩阵tS的范围内，构建直升机外形的样本设计集合P；所述样本设计集合P包含多种直升机外形及每种直升机外形对应的参数矩阵；(2)采用CFD计算样本设计集合P中每种直升机外形的气动特性；(3)根据多种直升机外形及每种直升机外形对应的参数矩阵，每种直升机外形的气动特性，建立直升机外形优化代理模型。(d)第一步中CST参数化方法包含：(1)定义约束函数YS和类型函数并采用m阶多项式的加权和定义轮廓函数S(λ)；(2)根据约束函数YS和类型函数以及轮廓函数S(λ)求出参数矩阵t；其中，λ＝x/f，x为直升机外形轮廓点的横轴坐标，M1和M2表征外形轮廓的类型范围。(e)约束函数YS具体为：Ys＝Y(λ)其中，λ＝x/f，x为直升机外形轮廓点的横轴坐标，f为直升机外形轮廓的长度。(f)类型函数为：其中，M1和M2表征外形轮廓的类型范围。(g)采用m阶多项式的加权和定义轮廓函数S(λ)为：其中t＝{ti，(i＝0，1，…，m)}是轮廓函数S(λ)的参数矩阵，m为参数矩阵t的阶数。(h)根据约束函数YS和类型函数以及轮廓函数S(λ)求出参数矩阵t，具体为：t＝(t0,t1,…,tm)(t0,t1,…,tm)＝(ε(λ0),ε(λ1),…,ε(λm))·G＝(ε(x0/f),ε(x1/f),…,ε(xm/f))·Gε(λ)的物理含义为直升机外形轮廓点的纵轴坐标y与直升机外形轮廓的长度f的比值，(x0,x1,…,xm)表示直升机外形轮廓上m+1个点的横轴坐标；Δε为直升机外形尾部厚度阶差值。本专利技术的有益效果：本专利技术采用CST参数化方法，结合总体布置和气动特性的约束条件，对直升机的外形进行参数化设计,能够精确地绘制直升机最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的形状，得到优化的直升机外形；在CST参数化方法的基础上，增加了约束函数YS，能够精确表示直升机的理论外形，缩短外形设计的周期，节约成本，在工程设计中，具有较大的应用优势。附图说明图1为本专利技术实施例提供的最大纵截面轮廓线的示意图；图2为本专利技术实施例提供的横截面轮廓线的示意图；图3为本专利技术实施例提供的CST参数化外形设计流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种精确CST参数化直升机外形设计方法，将CST参数化方法与直升机的约束函数YS相耦合，设计直升机的主要特征轮廓线，结合CATIA软件进行直升机外形曲面参数化建模。在CST参数化方法中，主要由类型函数轮廓函数S(λ)和主函数ε(λ)组成，针对直升机总体布置的约束条件，定义约束函数YS。Ys＝Y(λ)λ＝x/f其中，x为外形轮廓点的横轴坐标，y为外形轮廓点的纵轴坐标，f为外形轮廓的长度，Δε为外形尾部厚度阶差值。定义类型函数如下所示：其中，M1和M2表征外形轮廓的类型范围。采用m阶多项式的加权和定义轮廓函数S(λ)：其中t＝{ti，(i＝0，1，…，m)}是轮廓函数S(λ)的参数矩阵，m为参数矩阵t的阶数。通过以下矩阵方程求出参数矩阵t＝(t0,t1,…,tm)：(t0,t1,…,tm)＝(ε(λ0),ε(λ1),…,ε(λm))·G＝(ε(x0/f),ε(x1/f),…,ε(xm/f))·G方法步骤如下：第一步：确定直升机外形的最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状及最大纵截面轮廓线的初始参数矩阵t1和横截面轮廓线的初始参数矩阵t2。①采用CST参数化方法，设计直升机外形的最大纵截面轮廓线的形状，见附图1。②采用CST参数化方法，设计直升机外形的横截面轮廓线的形状，见附图2。第二步：确定直升机外形的约束函数YS及直升机外形的约束矩阵tS。①确定直升机的主要交点数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直升机外形设计方法，其特征在于，所述方法包括：/n第一步：确定直升机外形的最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状，采用CST参数化方法确定最大纵截面轮廓线的初始参数矩阵t

【技术特征摘要】
1.一种直升机外形设计方法，其特征在于，所述方法包括：
第一步：确定直升机外形的最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状，采用CST参数化方法确定最大纵截面轮廓线的初始参数矩阵t1和横截面轮廓线的初始参数矩阵t2；
第二步：根据直升机的交点数据，确定直升机外形的约束函数YS及直升机外形的约束矩阵tS；
第三步：根据最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状确定直升机初始外形，并计算直升机初始外形的气动特性；
第四步：建立直升机外形优化代理模型；
第五步：根据最大纵截面轮廓线的初始参数矩阵t1、横截面轮廓线的初始参数矩阵t2、直升机外形的约束函数YS及约束矩阵tS，以及直升机外形优化代理模型，采用遗传优化算法，得到最大纵截面轮廓线的优化参数矩阵t1O和横截面轮廓线的优化参数矩阵t2O；
第六步：根据最大纵截面轮廓线的优化参数矩阵t1O和横截面轮廓线的优化参数矩阵t2O，采用CST参数化方法，求出优化后直升机外形的类型函数、轮廓函数和主函数，进而绘制出最终的直升机外形；其中，类型函数用于表征直升机外形的对称性，轮廓函数用于表征直升机外形的轮廓线形状，主函数用于表征直升机外形的整体特征。


2.根据权利要求1所述的一种直升机外形设计方法，其特征在于，第二步具体为：
(1)确定直升机的旋翼系统、传动系统、动力系统、起落架的交点数据；
(2)根据直升机的旋翼系统、传动系统、动力系统、起落架的交点数据，确定直升机外形的约束函数YS及直升机外形的约束矩阵tS。


3.根据权利要求1所述的一种直升机外形设计方法，其特征在于，第三步具体为：
(1)根据最大纵截面轮廓线和横截面轮廓线的初步形状确定直升机初始外形，采用CATIA软件中的创成式曲面设计模块，绘制直升机初始外形；
(2)采用CFD气动计算软件计算直升机初始外形的气动特性。


4.根据权利要求1所述的一种直升机外形设计方法，其特征在于，第四步具体为：
(1)在直升机外形的约束函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，李黔，黄钦儿，李周，张威，
申请(专利权)人：中国直升机设计研究所，
类型：发明
国别省市：江西;36