本發(fā)明涉及壓氣機(jī)領(lǐng)域，特別是指一種基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、多級壓氣機(jī)全三維氣動優(yōu)化具有優(yōu)化變量維度高、評估昂貴等特點(diǎn)。在氣動優(yōu)化過程中，每次樣本真實(shí)評估均包含一次完整的全三維cfd數(shù)值模擬過程，主要包括網(wǎng)格生成、流場計(jì)算、結(jié)果處理等。其中，網(wǎng)格生成和流場迭代計(jì)算部分最為耗時。在壓氣機(jī)全三維氣動優(yōu)化中，幾何參數(shù)化方法一般用于葉片、流道集合變形，完成變形后重新生成計(jì)算網(wǎng)格。對于每一次真實(shí)計(jì)算，均需進(jìn)行一次網(wǎng)格生成計(jì)算。隨著葉排數(shù)量增多，幾何參數(shù)化方法需控制的區(qū)域增多，計(jì)算時間急劇增加，使得幾何參數(shù)化方法本身成為耗時操作，同時每排葉片網(wǎng)格需依次生成，耗時亦明顯增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，該方法降低優(yōu)化真實(shí)評估樣本數(shù)，減少優(yōu)化迭代過程的計(jì)算成本，實(shí)現(xiàn)多級壓氣機(jī)全三維快速氣動優(yōu)化。所述技術(shù)方案如下：

2、一種基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，包括：

3、s1、獲取多級壓氣機(jī)的原始幾何，并對所述原始幾何的流場網(wǎng)格的cgns文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到所述原始幾何的流場網(wǎng)格的所有網(wǎng)格的坐標(biāo)；

4、s2、基于rbf網(wǎng)格特性，設(shè)定多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法；

5、s3、基于徑向基函數(shù)參數(shù)化方法、所述多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法和所述原始幾何的流場網(wǎng)格的所有網(wǎng)格的坐標(biāo)，對所述原始幾何的流場網(wǎng)格進(jìn)行變形，得到變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格；

6、s4、基于變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格，進(jìn)行cfd計(jì)算：

7、若壓氣機(jī)的氣動效達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，則輸出變形后的多級壓氣機(jī)流場對應(yīng)的幾何圖形，否則，將所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格定義為原始幾何的流場網(wǎng)格，重復(fù)執(zhí)行s3。

8、可選地，所述s1中的所述多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格的計(jì)算域內(nèi)所有網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)包括：x方向坐標(biāo)、y方向坐標(biāo)和z方向坐標(biāo)。

9、可選地，所述s2的基于rbf網(wǎng)格特性，設(shè)定多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法包括：

10、設(shè)置葉片變形控制點(diǎn)及初始網(wǎng)格邊界控制點(diǎn)，得到控制點(diǎn)集，初始網(wǎng)格頂點(diǎn)設(shè)置為各網(wǎng)格塊頂點(diǎn)；

11、設(shè)置參數(shù)化變形控制點(diǎn)的移動范圍，并將移動量設(shè)置最大值，設(shè)置目標(biāo)最大變形量和最大迭代次數(shù)；

12、設(shè)置基函數(shù)及影響半徑。

13、可選地，所述s3的基于徑向基函數(shù)參數(shù)化方法、所述多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法和所述原始幾何的流場網(wǎng)格的所有網(wǎng)格的坐標(biāo)，對所述原始幾何的流場網(wǎng)格進(jìn)行變形，得到變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格包括：

14、s301、所述原始幾何的流場網(wǎng)格的cgns文件，確定待變形流場網(wǎng)格區(qū)域，生成原始網(wǎng)格點(diǎn)集；

15、s302、基于所述多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法，對所述原始幾何的流場網(wǎng)格進(jìn)行rbf網(wǎng)格變形，得到變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格；

16、s303、根據(jù)變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格，得到所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格的邊界最大變形點(diǎn)的參數(shù)。

17、可選地，所述s303的根據(jù)變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格，得到所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格的邊界最大變形點(diǎn)的參數(shù)包括：

18、s3031、分離所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界，計(jì)算每個網(wǎng)格點(diǎn)的絕對變形量，得到集合；

19、s3032、定義根據(jù)集合中的最大值為網(wǎng)格邊界各點(diǎn)變形的最大值，對應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)為最大變形網(wǎng)格點(diǎn)。

20、可選地，所述s4的若壓氣機(jī)的氣動效率達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，則輸出變形后的多級壓氣機(jī)流場對應(yīng)的幾何圖形，否則，將所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格定義為原始幾何的流場網(wǎng)格，重復(fù)執(zhí)行s3包括：

21、當(dāng)網(wǎng)格邊界各點(diǎn)變形的最大值目標(biāo)最大變形量，或，當(dāng)前迭代次數(shù)＞最大迭代次數(shù)，則導(dǎo)出當(dāng)前控制點(diǎn)集和變形后的網(wǎng)格，得到變形后的幾何圖形；

22、否則，將最大變形網(wǎng)格點(diǎn)并入控制點(diǎn)集，保持最大變形網(wǎng)格點(diǎn)不變形，將所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格定義為原始幾何的流場網(wǎng)格，重復(fù)執(zhí)行s3。

23、可選地，所述徑向基函數(shù)參數(shù)化方法包括：

24、徑向基函數(shù)公式為公式（1）：

25、；（1）

26、其中，為點(diǎn)到點(diǎn)之間的歐幾里得距離；

27、點(diǎn)是rbf第i個控制點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)為空間中的目標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)；

28、引入多項(xiàng)式，得到映射基本公式，所述映射基本公式為公式（2），多項(xiàng)式為公式（3）：

29、；（2）

30、；（3）

31、其中，是插值函數(shù)；

32、下標(biāo)表示rbf的控制點(diǎn)序號；

33、是每個基函數(shù)的權(quán)重；

34、n表示控制點(diǎn)的總數(shù)；

35、為線性多項(xiàng)式的多項(xiàng)式系數(shù)；

36、將控制點(diǎn)位移插值到原始點(diǎn)中，將控制點(diǎn)位移插值到原始點(diǎn)中的公式為公式（4）：

37、；（4）

38、由于多項(xiàng)式在控制點(diǎn)處的值為0，為封閉方程，引入公式（5）作為限制條件，公式（5）：

39、;（5）

40、多項(xiàng)式的次數(shù)均小于等于的次數(shù)；

41、基于求解線性系統(tǒng)計(jì)算系數(shù)、和每個基函數(shù)的權(quán)重，插值得到各原始點(diǎn)的位移，得到參數(shù)化變形。

42、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

43、本方法針對多級壓氣機(jī)全三維氣動優(yōu)化中，重復(fù)生成流場網(wǎng)格導(dǎo)致優(yōu)化時間增加的問題，發(fā)展了基于徑向基函數(shù)的流場網(wǎng)格變形方法和自適應(yīng)布點(diǎn)網(wǎng)格邊界約束方法，并以此建立了數(shù)據(jù)驅(qū)動氣動優(yōu)化平臺。通過自適應(yīng)邊界約束的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格變形，代替氣動計(jì)算過程中的網(wǎng)格生成過程，并大幅減少邊界控制點(diǎn)的數(shù)量，節(jié)省了總體變形時間。在保證全三維cfd計(jì)算精度的同時，降低優(yōu)化真實(shí)評估樣本數(shù)，減少優(yōu)化迭代過程的計(jì)算成本，實(shí)現(xiàn)多級壓氣機(jī)全三維快速氣動優(yōu)化。

技術(shù)特征：

1.一種基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，其特征在于，所述s1中的所述多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格的計(jì)算域內(nèi)所有網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)包括：x方向坐標(biāo)、y方向坐標(biāo)和z方向坐標(biāo)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，其特征在于，所述s2的基于rbf網(wǎng)格特性，設(shè)定多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，其特征在于，所述s3的基于徑向基函數(shù)參數(shù)化方法、所述多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法和所述原始幾何的流場網(wǎng)格的所有網(wǎng)格的坐標(biāo)，對所述原始幾何的流場網(wǎng)格進(jìn)行變形，得到變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，其特征在于，所述s303的根據(jù)變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格，得到所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格的邊界最大變形點(diǎn)的參數(shù)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，其特征在于，所述s4的若壓氣機(jī)的氣動效率達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，則輸出變形后的多級壓氣機(jī)流場對應(yīng)的幾何圖形，否則，將所述變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格定義為原始幾何的流場網(wǎng)格，重復(fù)執(zhí)行s3包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，其特征在于，所述徑向基函數(shù)參數(shù)化方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)格變形的多級壓氣機(jī)氣動優(yōu)化方法，涉及壓氣機(jī)領(lǐng)域。所述方法包括：對原始幾何的流場網(wǎng)格的CGNS文件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到原始幾何的流場網(wǎng)格的所有網(wǎng)格的坐標(biāo)；設(shè)定多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格邊界控制方法；對原始幾何的流場網(wǎng)格進(jìn)行變形，得到變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格；基于變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格，進(jìn)行CFD計(jì)算：若壓氣機(jī)的氣動效達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，則輸出變形后的多級壓氣機(jī)流場對應(yīng)的幾何圖形，否則，將變形后的多級壓氣機(jī)流場網(wǎng)格定義為原始幾何的流場網(wǎng)格，重復(fù)執(zhí)行變形，本方法在保證全三維CFD計(jì)算精度的同時，降低優(yōu)化真實(shí)評估樣本數(shù)，減少優(yōu)化迭代過程的計(jì)算成本，實(shí)現(xiàn)多級壓氣機(jī)全三維快速氣動優(yōu)化。

技術(shù)研發(fā)人員：向航,劉熠,陳江,羅楚威,趙午安,陳明升,李斌,劉一杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19