一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质，涉及风洞设计领域，包括：根据风洞的运行条件，定义风洞运行马赫数、运行压力以及运行包线上各点的概率密度函数；获得风洞待设计部段的压力损失性能指标η与几何参数d的对应关系，基于对应关系定义η在运行包线上的数学期望E(η)和标准差S(η)，基于概率密度函数求取E(η)和S(η)；针对风洞待设计部段的压力损失性能最小化的优化问题，对E(η)和S(η)开展多目标优化问题求解，得到多目标优化问题的非支配解集合；基于风洞设计要求和风洞待设计部段的工况综合性能，从非支配解集合中选择获得风洞待设计部段的设计参数，本方法能够使得设计出的风洞部段在整个运行包线上的综合性能最优。在整个运行包线上的综合性能最优。在整个运行包线上的综合性能最优。

A design method, system, device and medium of continuous transonic wind tunnel section

【技术实现步骤摘要】
一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质


[0001]本专利技术涉及风洞设计领域，具体地，涉及一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质。

技术介绍

[0002]连续式跨声速风洞运行工况通常包含一个连续的区域，这个区域由马赫数Ma、稳定段总压P0、总温T0三个参数可能范围组成的三维空间，称为运行包线，其中Ma
‑
≤Ma≤Ma
+
，P0‑
≤P0≤P
0+
，T0‑
≤T0≤T
0+
。对于组成连续式跨声速风洞的部段而言，其压力损失是决定风洞运行成本(即压缩机输入功率)的主要指标。在设计部段过程中，需要在满足其它约束的条件下，选择部段的几何参数，得到压力损失最小的设计方案。通常的单点部段设计，其内涵是针对某个特定的马赫数、稳定段总压、总温，来选择恰当的部段几何参数d，使得部段的压力损失最小化。对于运行包线中的其他工况点，其压力损失通常只将其约束到一定的范围。而为了在整个工况范围内有更好的综合性能，多点设计则选择几个工况点作为设计点，优化部段的几何参数，使得在几个工况点上，压力损失最小化。即便是采取多点设计方法，也不能保证风洞部段在整个运行包线上的综合性能最优。

技术实现思路

[0003]为了使得设计出的风洞部段在整个运行包线上的综合性能最优，本专利技术提供了一种连续式跨声速风洞部段设计方法及系统及装置及介质。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种连续式跨声速风洞部段设计方法，所述方法包括：
[0005]步骤1：根据风洞的运行条件，定义风洞运行马赫数、运行压力以及运行包线上各点的概率密度函数；
[0006]步骤2：获得风洞待设计部段的压力损失性能指标η与几何参数d的对应关系，基于所述对应关系定义所述η在运行包线上的数学期望E(η)和标准差S(η)，基于所述概率密度函数求取所述E(η)和所述S(η)；
[0007]步骤3：针对风洞待设计部段的压力损失性能最小化的优化问题，对E(η)和S(η)两个指标开展多目标优化问题求解，得到多目标优化问题的非支配解集合；
[0008]步骤4：基于风洞设计要求和风洞待设计部段的工况综合性能，从所述非支配解集合中选择获得风洞待设计部段的设计参数。
[0009]其中，本方法采用基于概率分布函数的方法来描述运行过程中各工况点的权值，提供一种基于数学期望和方差的描述方法，采用多目标优化的方法来求解转化得到的多目标优化问题，最终得到在整个运行包线中所有工况点上综合性能最佳的风洞设计方案。与传统的单个或者多个设计点设计方法相比，得到的设计结果在整个运行包线内各点的综合性能都得到了较好的表征，有利于部段设计性能优化。
[0010]优选的，本方法中运行包线为马赫数Ma、总压P0和总温T0三个参数的取值范围对应
的三维空间，其中，Ma
‑
≤Ma≤Ma
+
，P0‑
≤P0≤P
0+
，T0‑
≤T0≤T
0+
，Ma
‑
为马赫数的取值下限，Ma
+
为马赫数的取值上限，P0‑
为稳定段总压的取值下限，P
0+
为稳定段总压的取值上限，T0‑
为总温的取值下限，T
0+
为总温的取值上限。
[0011]优选的，本方法中所述概率密度函数为p(Ma,P0,T0)。
[0012]优选的，本方法中所述概率密度函数的自变量范围是风洞的运行工况组合。
[0013]优选的，本方法中基于所述概率密度函数求取所述E(η)和所述S(η)，具体为：重复执行若干次预设计算步骤，每次计算对应的采用点数目不同，每次预设计算步骤均获得一计算结果，直至相邻两次预设计算步骤之间计算结果的对应差值满足预设要求，则停止执行预设计算步骤，基于最后一次计算结果获得所述E(η)和所述S(η)，所述预设计算步骤包括：
[0014]步骤a：在所述运行包线取N个采样点，N为大于1的整数；
[0015]步骤b：分别对所述N个采样点进行压力损失性能评估，获得评估结果；
[0016]步骤c：基于所述评估结果和所述概率密度函数计算压力损失性能指标在运行包线上的数学期望和标准差，获得计算结果。
[0017]优选的，本方法中本方法基于分解的多目标优化算法或基于非支配排序的多目标优化算法进行多目标优化问题求解。
[0018]优选的，本方法中相邻两次预设计算步骤中，前一预设计算步骤的采样点数目小于后一预设计算步骤的采样点数目。
[0019]本专利技术还提供了一种连续式跨声速风洞部段设计系统，所述系统包括：
[0020]定义单元，用于根据风洞的运行条件，定义风洞运行马赫数、运行压力以及运行包线上各点的概率密度函数；
[0021]计算单元，用于获得风洞待设计部段的压力损失性能指标η与几何参数d的对应关系，基于所述对应关系定义所述η在运行包线上的数学期望E(η)和标准差S(η)，基于所述概率密度函数求取所述E(η)和所述S(η)；
[0022]多目标优化问题求解单元，用于针对风洞待设计部段的压力损失性能最小化的优化问题，对E(η)和S(η)两个指标开展多目标优化问题求解，得到多目标优化问题的非支配解集合；
[0023]设计参数获得单元，用于基于风洞设计要求和风洞待设计部段的工况综合性能，从所述非支配解集合中选择获得风洞待设计部段的设计参数。
[0024]本专利技术还提供了一种连续式跨声速风洞部段设计装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述连续式跨声速风洞部段设计方法的步骤。
[0025]本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述连续式跨声速风洞部段设计方法的步骤。
[0026]本专利技术提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0027]本方法与传统方法相比不再局限于单个或者多个设计点来进行优化设计，得到的设计结果在整个运行包线内各点的综合性能都得到了较好的表征，有利于部段设计性能优化。
[0028]本专利技术利用了多目标优化手段，利用非支配解集合的概念，使得设计优化和决策的过程有清晰的表达，能够为决策部门选择设计方案提供完备的信息。
附图说明
[0029]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本专利技术的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；
[0030]图1为连续式跨声速风洞部段设计方法的流程示意图；
[0031]图2为某风洞扩散段设计示意图；
[0032]图3为典型设计下的全工况优化性能示意图；
[0033]图4为扩散段全工况优化结果示意图；
[0034]图5为连续式跨声速风洞部段设计系统的组成示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续式跨声速风洞部段设计方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：根据风洞的运行条件，定义风洞运行马赫数、运行压力以及运行包线上各点的概率密度函数；步骤2：获得风洞待设计部段的压力损失性能指标η与几何参数d的对应关系，基于所述对应关系定义所述η在运行包线上的数学期望E(η)和标准差S(η)，基于所述概率密度函数求取所述E(η)和所述S(η)；步骤3：针对风洞待设计部段的压力损失性能最小化的优化问题，对E(η)和S(η)两个指标开展多目标优化问题求解，得到多目标优化问题的非支配解集合；步骤4：基于风洞设计要求和风洞待设计部段的工况综合性能，从所述非支配解集合中选择获得风洞待设计部段的设计参数。2.根据权利要求1所述的连续式跨声速风洞部段设计方法，其特征在于，运行包线为马赫数Ma、总压P0和总温T0三个参数的取值范围对应的三维空间，其中，Ma
‑
≤Ma≤Ma
+
，P0‑
≤P0≤P
0+
，T0‑
≤T0≤T
0+
，Ma
‑
为马赫数的取值下限，Ma
+
为马赫数的取值上限，P0‑
为总压的取值下限，P
0+
为稳定段总压的取值上限，T0‑
为总温的取值下限，T
0+
为总温的取值上限。3.根据权利要求2所述的连续式跨声速风洞部段设计方法，其特征在于，所述概率密度函数为p(Ma,P0,T0)。4.根据权利要求2所述的连续式跨声速风洞部段设计方法，其特征在于，所述概率密度函数的自变量范围是风洞的运行工况组合。5.根据权利要求1所述的连续式跨声速风洞部段设计方法，其特征在于，基于所述概率密度函数求取所述E(η)和所述S(η)，具体为：重复执行若干次预设计算步骤，每次计算对应的采用点数目不同，每次预设计算步骤均获得一计算结果，直至相邻两次预设计算步骤之间计算结果的对应差值满足预设要求，则停止执...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钦，常伟，廖达雄，陈吉明，任泽斌，刘琴，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：