(19)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 202210690689.X (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 景婷婷　张挺　秦飞　赵征　孙星　 何国强　 (74)专利代理 机构 西安维赛恩专利代理事务所 (普通合伙) 61257 专利代理师 刘春 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/06(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑 优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种冲压发动机再生冷却通 道形态的拓扑优化设计方法， 包括以下内容： 步 骤1、 将冲压发动机壁面换热问题简化为二维热 沉板换热问题， 建立热沉板的二维模型； 步骤2、 建立二维热沉板换热问题的控制方程、 选择合适 的目标函数和约束条件； 步骤3、 引入无量纲 变量 对控制方程、 目标函数和约束条件进行无量纲化 处理； 步骤4、 约束冷却通道的入口功率在优化过 程中为定值； 步骤5、 对拓 扑优化问题的设计变量 分布进行迭代， 迭代稳定后得到设计变量分布； 步骤6、 在每次迭代后对所述设计变量分布进行 过滤与投影， 得到冲压发动机再生冷却通道的形 态结果。 本发 明提供了一种利用拓扑优化技术解 决航天器再生冷却通道形态设计的方法。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115169025 A 2022.10.11 CN 115169025 A 1.一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑优化设计方法， 其特征在于， 包括以下内 容： 步骤1、 将冲压发动机壁面换热问题简化为二维热沉板换热问题， 建立热沉板的二维模 型； 步骤2、 建立 二维热沉板换 热问题的控制方程、 选择合 适的目标函数和约束条件； 步骤3、 引入无量纲变量对 控制方程、 目标函数和约束条件进行 无量纲化处 理； 步骤4、 约束冷却通道的入口功率在优化过程中为定值； 步骤5、 使用稳定的基于序列凸规划的移动渐近线优化算法对拓扑优化问题的设计变 量分布进行迭代， 迭代稳定后得到设计 变量分布； 步骤6、 在每次迭代后对所述设计变量分布进行过滤与投影， 得到冲压发动机再生冷却 通道的形态结果。 2.如权利要求1所述的一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑优化设计方法， 其特 征在于， 还包括以下内容： 借助插值曲线提取步骤6得到的再生冷却通道形态优化结果的特 征， 建立所述冲压发动机再生冷却 通道的三维模型， 根据所述三维模型再将所述冲压发动 机再生冷却通道嵌入到热沉板壁 面中， 通过布尔运 算得到实用的三维冷却通道。 3.如权利要求1或2所述的一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑优化设计方法， 其 特征在于， 所述步骤2中， 所述控制方程包括能量守恒方程、 质量守恒方程以及动量守恒方 程； 所述目标函数是温度相关目标、 流动相关目标或二者的加权平均； 所述约束 条件数量不 限， 根据实际应用场景选择温度相关约束或流动相关约束。 4.如权利要求3所述的一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑优化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤3中进行 无量纲化处 理所使用的无量纲准则为： 式中的x代表位置参数， L和U分别代表特征长度和特征速度， μ代表流体粘度， ρ代表流 体密度， p0代表出口压力， Tin代表入口温度， TQ代表热源温度， h代表 对流换热系数， kf代表流 体导热系数， Pr 代表普朗克 数， β 代表无量纲换 热系数。 5.如权利要求4所述的一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑优化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤4中对 入口功率的限制为： 式中Γin是入口周线， pin是入口压力， P是额定功率。 6.如权利要求5所述的一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑优化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤5中优化 算法迭代的收敛 条件为： 其中 是当前迭代过程中的设计变量， 是上一步迭代 过程中的设计变量， E是设计 变量的允许误差 。 7.如权利要求6所述的一种冲压发动机再生冷却通道形态的拓扑优化设计方法， 其特 征在于， 所述 步骤6中使用的过 滤与投影方式具体为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169025 A 2其中r为过滤半径， 与平均网格尺寸有关， 取过滤半径为平均网格尺寸的 倍， 是过 滤前的设计变量， γ是过滤后的设计变量， 是投影后的设计变量， 是过滤后的设计变 量， β 是投影强度， η是阈值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169025 A 3