隨著運載火箭研發(fā)模式轉變,快速迭代和協(xié)同優(yōu)化設計成為主要發(fā)展方向,這就要求作為小回路論證中重要一環(huán)的氣動特性計算能夠實現(xiàn)在線輸出數(shù)據(jù),亟需研究一種快速計算氣動特性的代理模型,代替耗時的CFD計算和風洞試驗參與到總體優(yōu)化設計中。綜合比較多種快速計算途徑,選擇高斯基Kriging插值和BP神經網絡兩種方法構建代理模型。使用腳本控制的Cart3D軟件生成數(shù)值試驗樣本,樣本點精度與Fluent軟件計算誤差小于14%。通過樣本點訓練、內參優(yōu)化和加點策略,最終獲得相對誤差小于10%的代理模型,能夠實現(xiàn)給定外形參數(shù)在線秒級輸出氣動數(shù)據(jù),極大地推動了氣動計算在總體論證中的作用。 

【文章來源】：宇航總體技術. 2020,4(05)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

代理模型的構建途徑

大型運載火箭一般采取捆綁助推器的構型,我國現(xiàn)役和在研的運載火箭往往采用2個或4個助推器,本文示例的是四助推器的構型,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外形。按照經驗將頭部錐角和捆綁縫隙寬度固定為常值,其余16個設計變量變化取值,構成不同的火箭外形。因此本文中的設計空間是16維的高維空間。根據(jù)總體設計各專業(yè)經驗,形成如下約束條件,最終形成設計空間:

為避免樣本生成耗費過長的周期,同時保持一定的工程應用精度,本文使用高精度無黏分析軟件Cart3D對飛行器進行氣動特性分析。該軟件首先在全流場域生成各向尺寸一致的粗糙網格,再根據(jù)模型結構在物面附近自動逐步加密得到尺寸合適的流場網格,程序能通過定義網格區(qū)域及網格密度,自動捕捉模型的幾何特征,快速生成笛卡爾網格(圖3),極大地壓縮網格生成時間,最后求解Euler方程得到流場結果。該方法網格生成效率高,流場求解速度快,能大大縮短計算時間。為高效批量生成幾何模型并劃分網格,采用程序控制的腳本模式運行上述過程。為驗證Cart3D軟件的計算精度,應用國內某型經典捆綁運載火箭標準外形使用Cart3D和Fluent軟件分別開展計算并比較,結果如表1所示。針對標準外形,在各馬赫數(shù)下Cart3D與Fluent的計算誤差最大約13.4%(升力系數(shù),Ma=3.0,攻角a=0°),平均誤差在10%以內,可以用于樣本庫的建立。


本文編號：3360958