一种高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统

技术特征：
1.一种高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，具体包括：s1：根据生成飞行器气动外形所需定义cst(class function/shape function transformation,基于类型函数/形状函数变换技术)函数，从用户端获取函数包含的每个设计变量的取值以及优化设计的来流条件；s2：根据所述设计变量的取值，获取每个设计变量对应的水平数，根据完全析因设计的试验设计方案生成设计样本库；s3：根据所述设计样本库，采用基于牛顿法和切锥/切楔法的工程估算方法估算所有样本的气动系数；s4：根据所述设计样本库，采用步骤s1所述的cst函数生成所有样本对应的外形数据点文件及模型文件；s5：基于所述的模型文件，调用网格绘制软件自动生成每个样本cfd计算所需的非结构网格文件；s6：上传所述网格文件至终端，终端开展cfd计算；s7：基于所述cfd计算所得的气动数据，对所有样本开展多因素方差分析；s8：根据所述多因素方差分析结果，基于所述样本库及所述cfd计算所得气动数据构建代理模型，并在可视化窗口展示优化结果。2.根据权利要求1所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，步骤s1所述的cst函数为用户自主定义，预先设置在系统内，设计变量随cst函数变化，不同的函数具有不同的设计变量；所述来流条件包括来流速度、来流压力、来流温度、攻角、侧滑角。3.根据权利要求1所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，步骤s2所述，根据完全析因设计生成样本库，包括所有设计变量的所有水平可能的组合，样本库的样本数量其中n
v
为设计变量的个数，n
i
为每个设计变量对应的水平数。4.根据权利要求1所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，步骤s3所述工程估算方法：将飞行器表面分成众多面元，估算每个面元的压力系数c
p
，通过累加所有面元的c
p
，得到整个飞行器的气动系数。5.根据权利要求4所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，所述c
p
定义为只与撞击角θ相关的一元函数，撞击角θ为平面面元与来流速度矢量的夹角，通过计算，其中为平面面元的单位向量，为来流速度矢量；所述单位向量当面元位于飞行器上表面时为正，当面元位于飞行器下表面时面元为负。6.根据权利要求4所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，估算压力系数c
p
采用修正的牛顿法和切楔/切锥法，修正的牛顿法估算c
p
为：c
p
＝k sin2θk＝c
pmax
其中，c
p
为压力系数，k为牛顿理论中估算压力系数的待定系数，通过对k的修正来修正牛顿法，θ为撞击角，修正牛顿法中的k＝c
pmax
，c
pmax
为正激波后滞止点的压力系数，γ为比热比，ma
∞
为来流马赫数；切楔/切锥法估算c
p
采用经验公式，表达式为：c
p
＝2e
ξ
sin2θξ＝0.18145-0.20923η 0.09092η2 0.006876η
3-0.006225η
4-0.000971η5其中ma
∞
为来流马赫数，η、ξ均为计算中的过程量。7.根据权利要求1所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，步骤s6所述开展cfd计算具体包括：根据所述来流条件及系统预先构建的cfd算法设置算例，自动分配远程终端所连接刀片服务器的空余节点，在服务器上同时多线程地运行多个算例，算例计算结束后导出气动系数并将气动系数批处理输出至同一文件。8.根据权利要求1所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，步骤s7所述多因素方差分析因素为所述设计变量，因变量包括轴向力系数、法向力系数、横向力系数、俯仰力矩系数、偏航力矩系数、滚转力矩系数、升力系数、阻力系数、升阻比、压心。9.根据权利要求8所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，侧滑角为0时，横向力系数、偏航力矩系数、滚转力矩系数为0，不参与多因素方差分析。10.根据权利要求1所述的高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统，其特征在于，步骤s8所述构建代理模型将基于多因素方差分析结果：y
k
＝a
k
x
i
b
k
x
m
x
n
c
k
，并将结果展示在可视化窗口；其中y
k
为因变量，k＝1～10，a
k
、b
k
、c
k
为相应因变量代理模型的拟合系数，x
i
为主效应显著的设计变量，x
m
、x
n
为交互效应显著的设计变量。

技术总结
本发明公开了一种高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统。包括：预设参数化设计生成飞行器外形的CST函数，获取函数包含的所有设计变量的取值及来流条件；根据设计变量的给定取值，统计出每个设计变量的水平数，生成完全析因设计的样本库；采用牛顿法和切锥/切楔法估算样本库里样本的气动系数；生成飞行器外形对应的数据点文件及模型文件；调用网格绘制软件自动生成非结构网格文件；上传至终端开展CFD计算；对所有样本的气动数据开展多因素方差分析，在多因素方差分析基础上构建代理模型，并在可视化窗口展示优化结果。本发明能够自动完成样本准备和优化，简化了流程，通过改变CST函数能够实现多类飞行器的快速自动建模与优化，具有良好的扩展性。具有良好的扩展性。具有良好的扩展性。


技术研发人员：杨雨欣 王亦庄 吴昌聚 陈伟芳
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/4/12