隨著運(yùn)載火箭研發(fā)模式轉(zhuǎn)變,快速迭代和協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)成為主要發(fā)展方向,這就要求作為小回路論證中重要一環(huán)的氣動(dòng)特性計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)在線輸出數(shù)據(jù),亟需研究一種快速計(jì)算氣動(dòng)特性的代理模型,代替耗時(shí)的CFD計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)參與到總體優(yōu)化設(shè)計(jì)中。綜合比較多種快速計(jì)算途徑,選擇高斯基Kriging插值和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種方法構(gòu)建代理模型。使用腳本控制的Cart3D軟件生成數(shù)值試驗(yàn)樣本,樣本點(diǎn)精度與Fluent軟件計(jì)算誤差小于14%。通過(guò)樣本點(diǎn)訓(xùn)練、內(nèi)參優(yōu)化和加點(diǎn)策略,最終獲得相對(duì)誤差小于10%的代理模型,能夠?qū)崿F(xiàn)給定外形參數(shù)在線秒級(jí)輸出氣動(dòng)數(shù)據(jù),極大地推動(dòng)了氣動(dòng)計(jì)算在總體論證中的作用。 

【文章來(lái)源】：宇航總體技術(shù). 2020,4(05)

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

代理模型的構(gòu)建途徑

大型運(yùn)載火箭一般采取捆綁助推器的構(gòu)型,我國(guó)現(xiàn)役和在研的運(yùn)載火箭往往采用2個(gè)或4個(gè)助推器,本文示例的是四助推器的構(gòu)型,如圖2所示。圖中的參數(shù)和尺寸充分且唯一地定義了火箭的氣動(dòng)外形。按照經(jīng)驗(yàn)將頭部錐角和捆綁縫隙寬度固定為常值,其余16個(gè)設(shè)計(jì)變量變化取值,構(gòu)成不同的火箭外形。因此本文中的設(shè)計(jì)空間是16維的高維空間。根據(jù)總體設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn),形成如下約束條件,最終形成設(shè)計(jì)空間:

為避免樣本生成耗費(fèi)過(guò)長(zhǎng)的周期,同時(shí)保持一定的工程應(yīng)用精度,本文使用高精度無(wú)黏分析軟件Cart3D對(duì)飛行器進(jìn)行氣動(dòng)特性分析。該軟件首先在全流場(chǎng)域生成各向尺寸一致的粗糙網(wǎng)格,再根據(jù)模型結(jié)構(gòu)在物面附近自動(dòng)逐步加密得到尺寸合適的流場(chǎng)網(wǎng)格,程序能通過(guò)定義網(wǎng)格區(qū)域及網(wǎng)格密度,自動(dòng)捕捉模型的幾何特征,快速生成笛卡爾網(wǎng)格(圖3),極大地壓縮網(wǎng)格生成時(shí)間,最后求解Euler方程得到流場(chǎng)結(jié)果。該方法網(wǎng)格生成效率高,流場(chǎng)求解速度快,能大大縮短計(jì)算時(shí)間。為高效批量生成幾何模型并劃分網(wǎng)格,采用程序控制的腳本模式運(yùn)行上述過(guò)程。為驗(yàn)證Cart3D軟件的計(jì)算精度,應(yīng)用國(guó)內(nèi)某型經(jīng)典捆綁運(yùn)載火箭標(biāo)準(zhǔn)外形使用Cart3D和Fluent軟件分別開(kāi)展計(jì)算并比較,結(jié)果如表1所示。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)外形,在各馬赫數(shù)下Cart3D與Fluent的計(jì)算誤差最大約13.4%(升力系數(shù),Ma=3.0,攻角a=0°),平均誤差在10%以內(nèi),可以用于樣本庫(kù)的建立。


本文編號(hào)：3360958