本發(fā)明屬于噪聲預(yù)測領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、飛行器、水下航行器以及旋轉(zhuǎn)機(jī)械所產(chǎn)生的噪聲，主要是由其固體邊界壁面壓力脈動及周圍湍流邊界層內(nèi)的擾動激發(fā)并輻射造成的。過大的壁面壓力脈動在產(chǎn)生較大噪聲的同時，還造成結(jié)構(gòu)疲勞而引起組件失效。考慮到湍流邊界層的壁面壓力脈動是主要噪聲源，因此，發(fā)展一種快速而準(zhǔn)確的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測方法是非常有必要的。目前有關(guān)壁面壓力脈動預(yù)測方法主要包括實驗測量方法、數(shù)值仿真方法及半經(jīng)驗方法。這三種方法的優(yōu)缺點如下：

2、(1)實驗測量：主要通過在壁面處布置大量的傳感器來直接測量瞬態(tài)壁面脈動壓力場信號。其優(yōu)點在于：雖然得到的實驗結(jié)果比較精確，但實驗所需條件苛刻、周期長、成本較高，通常很難廣泛的應(yīng)用于不同的實際工程中。

3、(2)數(shù)值仿真：主要通過高精度數(shù)值模擬方法模擬流場中的非定常流動，然后在此基礎(chǔ)上直接得到壁面壓力脈動。其優(yōu)點在于：與實驗測試方法相比來說，數(shù)值仿真方法成本較低，但想要獲取非常準(zhǔn)確的非定常數(shù)通常需要耗費大量的計算資源，此外，時間周期也比較長。

4、(3)半經(jīng)驗?zāi)Ｐ停航追N半經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛠砻枋鐾牧鬟吔鐚訁?shù)和壁面壓力脈動頻譜之間的非線性關(guān)系，通過實驗或數(shù)值模擬得到湍流邊界層參數(shù)即可得到壁面壓力脈動頻譜。半經(jīng)驗?zāi)Ｐ湍軌蛲ㄟ^邊界層參數(shù)快速得到壁面壓力脈動頻譜，但是每一個半經(jīng)驗?zāi)Ｐ投蓟诜浅Ｓ邢薜膶嶒灉y試或數(shù)值模擬建立，存在應(yīng)用領(lǐng)域非常有限的不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測方法，能夠快速高效且準(zhǔn)確的預(yù)測固體結(jié)構(gòu)湍流邊界層的壁面壓力脈動頻譜。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測模型構(gòu)建方法，包括：

3、s1，建立樣本固體結(jié)構(gòu)的外流場幾何仿真模型，對其中的流域進(jìn)行網(wǎng)格化，獲取各網(wǎng)格點的流場模擬數(shù)據(jù)；

4、s2，根據(jù)所述流場模擬數(shù)據(jù)中各網(wǎng)格點的法線方向切向流速計算所述各網(wǎng)格點的邊界層厚度、邊界層位移厚度、邊界層動量厚度，并將其與所述流場模擬數(shù)據(jù)中的邊界層邊緣速度、壁面摩擦速度及壓力梯度共同作為湍流邊界層參數(shù)；將所述流場模擬數(shù)據(jù)中各網(wǎng)格點的壓力脈動時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號；

5、s3，以所述各網(wǎng)格點的湍流邊界層參數(shù)為樣本、以所述各網(wǎng)格點的壓力脈動頻域信號為標(biāo)簽，對深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，將訓(xùn)練好的模型作為湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測模型。

6、按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測方法，包括：

7、將待預(yù)測固體結(jié)構(gòu)的湍流邊界層參數(shù)輸入至采用如第一方面所述的構(gòu)建方法構(gòu)建得到的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測模型，得到所述待預(yù)測固體結(jié)構(gòu)的壓力脈動頻域信號。

8、按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)和處理器；

9、所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)用于存儲可執(zhí)行指令；

10、所述處理器用于讀取所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲的可執(zhí)行指令，執(zhí)行如第一方面所述的構(gòu)建方法或如第二方面所述的預(yù)測方法。

11、按照本發(fā)明的第四方面，提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)指令，所述計算機(jī)指令用于使處理器執(zhí)行如第一方面所述的構(gòu)建方法或如第二方面所述的預(yù)測方法。

12、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

13、1、傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法需要大量的非定常數(shù)值模擬結(jié)果作為預(yù)測輸入的樣本數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)方法相比，本發(fā)明基于壁面網(wǎng)格點的非定常和定常流動模擬數(shù)據(jù)來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，實現(xiàn)一次模擬計算獲得大批量樣本，能夠明顯的降低樣本獲取的成本、節(jié)約了大量的時間、從而保障了深度學(xué)習(xí)模型的預(yù)測精度和時效性。

14、2、本發(fā)明提供的方法，通過深度學(xué)習(xí)方法建立的湍流邊界層參數(shù)和壁面壓力脈動頻譜之間的非線性關(guān)系，不需要明確的數(shù)學(xué)公式，同時降低了對數(shù)學(xué)要求的難度，使適用者只需知道輸入與輸出的物理量，不需要了解中間過程。

15、3、與傳統(tǒng)半經(jīng)驗?zāi)Ｐ拖啾?，本發(fā)明所提出的基于深度學(xué)習(xí)的湍流壁面壓力脈動預(yù)測方法的適用性更強(qiáng)(僅需建立邊界層參數(shù)與頻域信號之間的關(guān)系，因此適用于不同幾何結(jié)構(gòu)的物體，如順壓/零壓/逆壓梯度結(jié)構(gòu))、應(yīng)用領(lǐng)域更廣(可應(yīng)用于海陸空所有領(lǐng)域)，泛化能力更強(qiáng)(利用有限的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，可以預(yù)測更多的數(shù)據(jù))。

16、4、經(jīng)仿真驗證，本發(fā)明提出的基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測方法，與傳統(tǒng)預(yù)測方法相比，具有結(jié)果準(zhǔn)確、誤差小、計算高效等優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s3之前，還包括：

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，采用以下公式對所述壓力脈動頻域信號進(jìn)行無量綱化處理：

4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟s3之前，還包括：

5.一種基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測方法，其特征在于，包括：

6.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)和處理器；

7.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)指令，所述計算機(jī)指令用于使處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1-4任一項所述的構(gòu)建方法或如權(quán)利要求5所述的預(yù)測方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測方法，屬于噪聲預(yù)測領(lǐng)域，該方法基于壁面網(wǎng)格點的非定常和定常流動模擬數(shù)據(jù)來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以獲取湍流邊界層壁面壓力脈動預(yù)測模型，實現(xiàn)一次模擬計算獲得大批量樣本，能夠明顯的降低樣本獲取的成本、節(jié)約了大量的時間、從而保障了深度學(xué)習(xí)模型的預(yù)測精度和時效性；通過深度學(xué)習(xí)方法建立的湍流邊界層參數(shù)和壁面壓力脈動頻譜之間的非線性關(guān)系，不需要明確的數(shù)學(xué)公式，同時降低了對數(shù)學(xué)要求的難度；與傳統(tǒng)預(yù)測方法相比，本發(fā)明提供的方法適用性更強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域更廣、泛化能力更強(qiáng)；此外，經(jīng)仿真驗證，本發(fā)明提出方法具有結(jié)果準(zhǔn)確、誤差小、計算高效等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：毛義軍,張勇奇,徐辰,顧小江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9