本发明涉及飞行器柔性防热结构，尤其是涉及一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法和系统。
背景技术：
1、飞行器柔性防热结构是发动机附近防热结构的重要组成部分。以飞行器柔性防热结构之一的火箭防热裙为例，安装在发动机尾段与支臂防热板之间，并随着支臂的摆动而摆动，发动机尾段与支臂防热板的连接处边缘均为形状不规则的环形曲线结构。在摆动过程中，防热裙容易出现局部紧绷和拉扯的现象，使防热裙无法满足发动机的摆动要求。
2、现有的防热裙形状设计方案主要是使用几何图形近似展平的方法，将防热裙形状近似为多段规则几何图形并进行平面展开。将包络空间的实际不可展开“灯笼状”曲面近似为截锥面，并考虑宽幅放大系数λ补偿近似造成的偏差，λ的具体数值需要多次反复试验和修改，精确度也较低，导致设计方案反复迭代，整体设计效率偏低。
3、同时，由于现行设计方案仅考虑连接部位两侧对应点的直线距离按照惯例的λ系数放大，造成摇摆过程防热裙余度不足，会出现局部绷紧拉扯现象，限制发动机的摆动，一些部位也会出现材料堆积现象，面积大重量高，增大了柔性结构损坏的风险。
4、随着飞行器新型号的快速发展，防热结构包覆外形极不规则，飞行器型号不同、发动机摆动方式、幅度等不同，所需要的柔性防热结构也不同，会出现截然不同的柔性防热结构设计，现有的防热裙结构设计方案也不具备通用性。
技术实现思路
1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够精确、快速设计飞行器柔性防热结构的样板最优形状，适应复杂的发动机空间摆动轨迹的飞行器柔性防热结构的形状设计方法和系统。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，包括以下步骤：
4、根据飞行器柔性防热结构安装接口的特征参数，进行上下边界的曲线拟合，构建柔性防热结构包络空间三维模型；
5、在所述柔性防热结构包络空间三维模型中的上下两个曲线上分别采样若干等间距的采样点，将两个曲线上距离最近的采样点构成采样点对，并相互连接，构成若干个相连的条状四边曲面；
6、将各个所述条状四边曲面相互拼接到同一平面上，得到二维展开图形，作为包络空间曲面的几何展开初始形状；
7、根据发动机摆动需求，对所述柔性防热结构包络空间三维模型进行摆动模拟，并在摆动模拟过程中记录对应的二维展开图形中每个采样点的位置坐标，得到所有点对之间的距离变化范围；
8、以发动机摆动初始位置对应的包络空间曲面的几何展开形状为基础，通过在各个条状四边曲面展平图形的两侧剪切并展开图形的方法添加松量，并重新相互拼接；以各采样点对之间的距离大于摆动模拟过程中对应点对的距离最大值加上额外的设计松量为约束条件，并以所有点对之间展开量之和最小为目标函数，进行展开量迭代优化计算，得到最优的包络空间曲面加松量后的几何展开形状。
9、进一步地，所述迭代优化过程中设有等弧长约束和长度约束；
10、所述等弧长约束为：在同一条曲线上，相邻两个采样点之间在二维展开平面上的距离保持固定；
11、所述长度约束为：以摆动模拟过程中得到的点对之间的最大长度加上额外的设计松量作为柔性防热结构在该点对部位的最小长度。
12、进一步地，所述迭代优化过程中，调整包络空间曲面的几何展开初始形状中各采样点对之间的展开量具体为：
13、对包络空间曲面的几何展开初始形状中相邻的两组采样点对ac和bd，分别选取对应的采样点对连线中点e和f；以ef连线按等腰梯形法切展图形；即两侧的展开量分别为x1，x2，ef的长度等于线段e'f'的长度，ee’f’f构成的图形为等腰梯形；将原图形的a和b的位置更新为a’和b’，更新原图形单元为四边形a’b’dc。依次处理并重新拼接所有四边形单元，优化计算所有四边形单元展开量x1，x2的取值，达到所有采样点对之间的距离大于摆动模拟过程中对应位置的距离最大值加上额外的设计松量，其中额外的设计松量由用户定义并输入，确保发动机摆动到极限位置柔性防热结构仍有一定安全余量。
14、进一步地，所述迭代优化过程中，以各采样点对中点展开量作为优化变量，并以位置变化后的采样点对重新构建包络空间曲面加松量后的几何展开形状。
15、进一步地，将各个所述条状四边曲面相互拼接到同一平面上，具体为：
16、将各个条状四边曲面逼近为直纹面，将各个直纹面依次拼接到同一平面上，得到二维展开图形；
17、或者，将各个条状四边曲面按对角线进行三角剖分，转化为2个三角形面，选取出第一个三角片，依次调整各个三角片的位置和角度，并拼接到前一个三角片的一边，使得所有三角片均落在同一平面上，得到二维展开图形。
18、进一步地，构建所述柔性防热结构包络空间三维模型过程中，还提取飞行器柔性防热结构的摆动特征数据，用于进行所述摆动模拟。
19、进一步地，所述采样点的采样过程包括：
20、在两条曲线上分别采样相同数量的采样点；采样方法为两条曲线分别进行等距离采样，然后根据两条曲线上的采样点对间的距离和最小，匹配点对的对应关系；
21、或者先对其中一条曲线进行等距离采样，然后分别取各采样点在另一条曲线上的最近点作为另一条曲线上的采样点。
22、进一步地，所述方法还包括对最优的包络空间曲面几何展开形状的外围点进行曲线拟合，得到最终的飞行器柔性防热结构的二维展开形状。
23、进一步地，所述摆动模拟过程是通过模拟一个或多个摆动轴的旋转组合，进行任意轨迹的模拟摆动，常见的摆动形式包括摆圆、摆方和/或单摆。
24、本发明还提供一种基于如上所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法的设计系统，包括：
25、输入单元，用于输入飞行器柔性防热结构的特征参数；
26、构建单元，用于根据飞行器柔性防热结构的特征参数，构建柔性防热结构包络空间三维模型；
27、采样单元，用于在构建的柔性防热结构包络空间三维模型的接口曲线上采样所需的采样点；
28、连接单元，用于依次将每条曲线上的采样点连接成一条首尾相连的封闭折线段，将两条曲线上距离最近的采样点连接形成条状四边曲面；
29、曲面展开单元，用于将条状四边曲面剖分为三角曲面，并依次展平拼接到同一平面上，得到二维展开图形，作为包络空间曲面的几何展开初始形状；
30、摆动模拟单元，用于根据发动机摆动需求，对所述柔性防热结构包络空间三维模型进行摆动模拟，并在摆动模拟过程中记录对应的二维展开图形中每个采样点的位置坐标，得到所有点对之间的距离变化范围；
31、松量添加单元，用于以发动机摆动初始位置对应的包络空间曲面的几何展开形状为基础，通过在各个条状四边曲面展平图形的两侧剪切并展开图形的方法添加松量，并重新相互拼接，使得各采样点对之间的距离大于摆动模拟过程中对应位置的距离最大值加上额外的设计松量；
32、迭代优化单元，用于根据松量添加单元的输出，以所有点对之间展开量之和最小为目标函数，进行迭代优化，得到最优的包络空间曲面几何展开形状；
33、显示单元，用于输出和显示迭代优化单元得到的最优的包络空间曲面几何展开形状。
34、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
35、(1)本发明根据飞行器柔性防热结构安装接口的特征参数，构建包络空间三维模型，并通过设置采样点进行曲面均匀离散的方法，对模型外侧曲面进行二维展开；根据发动机摆动需求对包络空间三维模型进行摆动模拟，并在摆动模拟过程中记录对应二维展开图形中每个采样点对的距离变化范围，该方式能得到飞行器柔性防热结构包络空间曲面中各个采样点对上的最低长度要求；
36、基于上述最低长度要求，对飞行器柔性防热结构包络空间曲面展平的平面图形上的各个采样点对进行膨胀扩大，并进行迭代优化，寻找各点对长度增加之和最小的最优方案，实现飞行器柔性防热结构的最优形状设计。
37、(2)精确：本发明通过摆动模拟过程获取了各个采样点对在平面上的距离变化范围，从而进行防热结构的形状设计，防止了局部紧绷和斜向拉扯现象出现，减少了防热结构的面积和重量，具有较好的随动适应性和较低的附加阻尼，保证了飞行器飞行姿态调整的精准性和稳定性。
38、(3)通用：本发明对任意形状的飞行器柔性防热结构接口结构均能进行设计，能适应不同型号，有效节约设计成本和提高设计效率，减少材料消耗和成本支出，缩短防热结构的研发周期，能够降本增效。
39、(4)快速：上述方案可以开发软件实现，通过输入相关参数，短时间内得到防热结构最优展开图形，设计简便。
1.一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，所述迭代优化过程中的约束条件具体包括等弧长约束和长度约束；
3.根据权利要求1所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，所述迭代优化过程中，调整包络空间曲面的几何展开初始形状中各采样点对之间的展开量具体为：
4.根据权利要求3所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，所述迭代优化过程中，以各采样点对中点展开量作为优化变量，并以位置变化后的采样点对重新构建包络空间曲面加松量后的几何展开形状。
5.根据权利要求1所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，将各个所述条状四边曲面相互拼接到同一平面上，具体为：
6.根据权利要求1所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，构建所述柔性防热结构包络空间三维模型过程中，还提取飞行器柔性防热结构的摆动特征数据，用于进行所述摆动模拟。
7.根据权利要求1所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，所述采样点的采样过程包括：
8.根据权利要求1所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，所述方法还包括对最优的包络空间曲面几何展开形状的外围点进行曲线拟合，得到最终的飞行器柔性防热结构的二维展开形状。
9.根据权利要求1所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法，其特征在于，所述摆动模拟过程是通过模拟一个或多个摆动轴的旋转组合，进行任意轨迹的模拟摆动，对应的摆动形式包括摆圆、摆方和/或单摆。
10.一种基于如权利要求1-9任一所述的一种飞行器柔性防热结构的形状设计方法的设计系统，其特征在于，包括：
