(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111482766.4 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 杨雨欣　王亦庄　吴昌聚　陈伟芳　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 林松海 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高超声速飞行器气动外形自动优化设 计系统 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书7页 附图8页 CN 114329765 A 2022.04.12 CN 114329765 A 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nv为设计变量的个数， ni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Cp， 通过累 加所有面元的Cp， 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Cp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Cp采用修正的牛顿法和切楔/切锥法， 修 正的牛顿法估算Cp为： Cp＝K sin2θ K＝Cpmax权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114329765 A 2其中， Cp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＝Cpmax， Cpmax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Cp采用经验公式， 表达式为： Cp＝2eξsin2θ ξ ＝0.18145 ‑0.20923 η+0.0909 2 η2+0.006876 η3‑0.006225 η4‑0.000971 η5 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： Yk＝akxi+bkxmxn+ck， 并将结果展示 在可视化窗口； 其 中Yk为因变量， k＝1～ 10， ak、 bk、 ck为相应因变量代理模型的拟合系数， xi 为主效应显著的设计 变量， xm、 xn为交互效应显著的设计 变量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114329765 A 3