一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统

摘要

一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化系统，属于飞行器仿真技术领域，包括CFD仿真模块、仿真参数模型构建模块、以及仿真参数确定模块；所述CFD仿真模块用于依据用户输入的原始输入数据进行CFD仿真，并得到相应的仿真计算结果数据；所述仿真参数模型构建模块用于获取原始参数数据，并利用所述原始参数数据以及所述CFD仿真模块计算得到的所述仿真计算结果数据，建立工况与仿真参数关系模型；所述仿真参数确定模块用于获取用户待仿真飞行器的工况，并利用所述工况与仿真参数关系模型，得到待仿真飞行器的仿真参数集。该系统可以通过简单的数据集输入，得到飞行器仿真过程中的流体仿真控制参数，提高了飞行器仿真的效率。

权利要求

1.一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统，包括CFD仿真模块、仿真参数模型构建模块、以及仿真参数确定模块；其中，所述CFD仿真模块用于依据用户输入的原始输入数据进行CFD仿真，并得到相应的仿真计算结果数据；其中，所述原始输入数据包括飞行器相关实验数据和/或参考文献中记载的飞行器工况、对应的模型网格参数、CFL数、湍流模型和湍流模型中相关参数的范围、以及收敛条件；

所述仿真参数模型构建模块用于获取原始参数数据，并利用所述原始参数数据以及所述CFD仿真模块计算得到的所述仿真计算结果数据，建立工况与仿真参数关系模型；其中，所述原始参数数据依据用户输入的与所述原始输入数据相对应的实验数据和/或参考文献数据获得；

所述仿真参数确定模块用于获取用户待仿真飞行器的工况，并利用所述工况与仿真参数关系模型，得到待仿真飞行器的仿真参数集。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行器工况或所述待仿真飞行器的工况包括：飞行器飞行高度、马赫数、飞行器的攻角、侧滑角和/或滚转角。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，对应的模型网格参数包括网格量、壁面网格雷诺数、和/或网格Jacobian数。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真计算结果数据或所述仿真参数包括飞行器的升力系数、阻力系数、力矩系数、摩阻、和/或热流。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工况与仿真参数关系模型采用代理模型或者神经网络方法建立。

说明书

一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统

技术领域

[0001] 本发明属于飞行器仿真技术领域，特别涉及一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统。

背景技术

[0002] 近年来，随着高性能计算机以及计算流体力学的高速发展，在飞行器设计初期，计算流体力学（CFD）对飞行器整体方案的改进及细节优化起到了越来越重要的作用。仿真可提供飞行器的全方位数据，为飞行器设计与优化提供最为全面的数据支撑。虽然物理过程是非定常的，但是工程上通常采用网格点测力等手段将非定常问题转换为多个定常问题去计算，以形成数据集，用以评价飞行器的性能进而指导飞行器的外形设计及优化工作。

[0003] 现阶段，大多数情况下对于飞行器的定常仿真主要流程为：数值方法校验、网格无关性验证、实验工况对比、设计工况仿真、流场数据分析；这个过程中每个环节都必不可少，尤其是验证过程。飞行器所面临的可压缩流体的定常仿真过程中涉及多个参数，比如CFL数、网格质量参数、湍流模型参数，这些往往影响收敛效率以及结果准确性，人工选取参数会造成迭代发散或者计算结果失真；这不仅浪费计算资源和时间，而且还会造成飞行器设计和优化过程的失误或者延误。

[0004] 例如中国专利申请CN201610972223.3公开了一种飞机多段翼型外流场动态数值模拟方法，该方法包括如下步骤：(1)建立带有前缘缝翼后缘襟翼多段翼型飞机模型并导入fluent软件；(2)构建飞机模型的垂直下落运动函数，并导入fluent软件；(3)选取湍流模型；(4)设置仿真参数，包括流体参数、翼型材料参数、工作环境参数、边界条件参数、动网格更新模型、求解方法和求解精度；(5)运行fluent软件，获取飞机垂直下落过程中翼型周围流体流动参数变化图，包括速度、压力和温度变化图。其中，仿真参数的设置即需要选定湍流模型类型及参数、边界条件参数、动网格更新模型、求解方法和求解精度相关参数。

[0005] 由于可压缩流体的复杂性与不确定性，仿真对于操作者有一定的要求，操作者需要对产品本身、流体力学知识、计算流体软件相当熟悉才能够保证计算的可靠性与准确性，这就意味着CFD仿真严重依赖于实施者，将会产生仿真数据不准确、产品仿真工作返工、设计优化工作延缓等问题。

[0006] 飞行器定常仿真流程中的验证过程和参数选取过程可以用智能化的系统来代替，可以根据飞行器工况的不同来选取合适的仿真参数，这样不仅大大节省了操作者的时间，同时也增加了仿真的准确性和合理性。现有技术中飞行器的智能化仿真主要研究不同飞行工况如飞行速度、高度及姿态下飞行器气动力/热的快速模拟结果，构建了飞行工况与仿真结果之间的关系，但是目前还未有研究仿真中模型参数与工况及结果之间的关系，也未出现这样的智能化系统。本发明的目的即在于提供一种参数选取的智能化系统。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统，该系统可以根据用户提供的数据库和飞行器工况进行智能优化，得出流场仿真的控制参数。

[0008] 本发明提供一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化系统，包括CFD仿真模块、仿真参数模型构建模块、以及仿真参数确定模块；其中，

[0009] 所述CFD仿真模块用于依据用户输入的原始输入数据进行CFD仿真，并得到相应的仿真计算结果数据；其中，所述原始输入数据包括飞行器工况、对应的模型网格参数、CFL数、湍流模型和湍流模型中相关参数的范围、以及收敛条件；

[0010] 所述仿真参数模型构建模块用于获取原始参数数据，并利用所述原始参数数据以及所述CFD仿真模块计算得到的所述仿真计算结果数据，建立工况与仿真参数关系模型；其中，所述原始参数数据依据用户输入的与所述原始输入数据相对应的实验数据、参考文献数据获得；

[0011] 所述仿真参数确定模块用于获取用户待仿真飞行器的工况，并利用所述工况与仿真参数关系模型，得到待仿真飞行器的仿真参数集。

[0012] 进一步地，所述飞行器工况或所述待仿真飞行器的工况可包括：飞行器飞行高度、马赫数、飞行器的攻角、侧滑角或滚转角。

[0013] 进一步地，对应的模型网格参数可包括网格量、壁面网格雷诺数、网格Jacobian数。

[0014] 进一步地，所述仿真计算结果数据或所述仿真参数包括飞行器的升力系数、阻力系数、力矩系数、摩阻、或热流。

[0015] 进一步地，所述工况与仿真参数关系模型采用代理模型或者神经网络方法建立。

[0016] 采用本发明提供的所述用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统，可以实现以下技术效果：可以使从事飞行器设计的仿真人员通过简单的数据集输入，得到飞行器仿真过程中针对不同工况下的流体仿真控制参数，做到智能化选取参数而非人为进行试错，大大提高了飞行器仿真的效率。

附图说明

[0017] 为了更完整地理解本发明，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

[0018] 图1为本发明的系统功能示意图；

[0019] 图2为本发明的用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统结构示意图。

具体实施方式

[0020] 为说明清楚本发明的目的、技术细节及有效应用，使之便于本领域普通技术人员理解与实施，下面将结合本发明实施例及附图作进一步的详细阐述。显然，此处描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0021] 本发明提供一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化的系统，参考说明书附图图1，在该系统的使用过程中，用户需要输入三方面的信息：（1）输入1：飞行器工况、网格参数、控制参数信息；（2）输入2：实验数据和参考文献数据集；（3）输入3：飞行器仿真工况。系统依据用户输入的输入1的相关信息，进行CFD仿真计算，得到相应工况条件下飞行器仿真结果，并与用户输入的输入2信息一起作为原始数据，得到仿真参数模型；系统再利用该仿真参数模型，依据用户的输入3中的信息，计算用户需要进行的飞行器仿真工况下的仿真参数。

[0022] 以下参考说明书附图图2，具体说明本发明所述的用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化系统。

[0023] 本发明提供一种用于飞行器外流场仿真控制参数智能优化系统，主要包括：CFD仿真模块100、仿真参数模型构建模块200、以及仿真参数确定模块300。

[0024] 所述CFD仿真模块100用于依据用户输入的飞行器工况、对应的模型网格参数、CFL数、湍流模型和湍流模型中相关参数的范围、以及收敛条件进行CFD仿真，并得到相应的仿真计算结果数据。具体而言：

[0025] 首先，所述CFD仿真模块100获取用户输入的飞行器相关实验数据、参考文献中记载的内容中用户所关心的飞行器工况、以及该工况对应的模型网格参数、CFL数、以及湍流模型和湍流模型中相关参数的范围，作为原始输入数据。其中，飞行器工况可包括：飞行器飞行高度、马赫数、飞行器的攻角、侧滑角及滚转角；对应的模型网格参数可包括网格量、壁面网格雷诺数、网格Jacobian数等；CFL数的输入为CFL数的取值范围；湍流模型和湍流模型中相关参数的范围依据所述实验数据、参考文献中相关湍流模型及参数范围，一般选择SA、kω、kω‑SST等湍流模型。

[0026] 其次，所述CFD仿真模块100将所述原始输入数据进行数据处理，获得工况参数矩阵。所述工况参数矩阵例如可以为以下形式：

[0027]

[0028] 最后，依据用户指定的收敛条件，针对所述工况参数矩阵进行CFD仿真，并得到相应的仿真计算结果数据，如飞行器的升力系数、阻力系数、力矩系数、摩阻、热流等。

[0029] 所述仿真参数模型构建模块200用于获取依据用户输入的与所述原始输入数据相对应的实验数据、参考文献数据集，作为原始参数数据；利用所述原始参数数据以及所述CFD仿真模块100计算得到的所述仿真计算结果数据，通过代理模型或者神经网络等手段建立工况与仿真参数关系模型。

[0030] 针对所述工况参数矩阵中的所有工况，将所述仿真计算结果数据与实验结果或参考文献中的相应参数进行对比，找出每一种工况下对应的较优的一组参数，最终使得所述工况与仿真参数关系模型可以得到工况（如飞行马赫数、飞行姿态角、飞行高度等）与仿真参数（如飞行器的升力系数、阻力系数、力矩系数、摩阻、热流等）之间的对应关系。

[0031] 所述仿真参数确定模块300用于获取用户待仿真飞行器的工况，如飞行高度、飞行马赫数、飞行姿态角等信息，利用所述工况与仿真参数关系模型，得到用于待仿真飞行器的仿真参数集。

[0032] 本发明提供的所述系统可以通过用户输入的参数集合范围调用CFD仿真软件进行数值模拟，通过代理模型、神经网络等手段建立计算工况与仿真参数之间的模型。该模型是在特定的仿真软件及工况下生成的，具有针对性。用户可以通过简单的数据输入，智能地得到仿真所需最优参数，以保证仿真模拟的合理性与准确性。