高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法技术

高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法,对复杂多区网格进行分段计算，每一个网格块分配两个文件，分别是流场信息存储文件和缓存文件，分段计算中流场信息保存在缓存文件中，同时创建气动力积分文件。若分段计算成功，将缓存文件信息转移至各块所属的流场信息存储文件中，将当前段气动力数据写入气动力积分文件，并在分段信息传递文件中保存当前段最后一个截面的流场信息，以便下一段读取以启动计算；若分段计算失败，丢弃缓存文件信息，调整计算参数，读取上一段最后一个截面的流场信息，重启当前段的计算。尾部构型改变时，可在构型改变处设置分段线，分段线之前的计算结果可以被重复利用，无需重新计算，分段线之后的计算可根据构型改变随意调整网格。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法。
技术介绍
PNS或Euler方程空间推进程序可用于高效快速获得超声速飞行器气动性能，是一种理想的飞行器设计初期快速评估工具。飞行器气动性能评估时，常常需要获得大量不同舵偏下的气动力数据，或者保持前体外形不变仅改变尾部气动布局时的气动力数据。如果能够重复利用前体的流场数据，仅计算尾部外形改变部分的流场，将极大地提高多批次气动力预测的效率。PNS空间推进方法从理论上可以满足上述要求，但对复杂多块网格适应性较差，若不作特殊处理只能进行图1所示的多块网格计算，不能方便的计算图2所示网格。空间推进方法在一个计算步内只能得到一层流动数据，不能获得整块网格的流场信息，这样带来的主要问题是，如果计算某一层数据时计算崩溃，哪怕崩溃层上游的数据是有效的也要重新从飞行器头部开始计算，无端增加了计算量。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，解决了高超声速飞行器多批次气动数据快速预测问题。本专利技术的技术解决方案是：高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法，步骤如下：(1)将高超声速飞行器沿气流流动方向分成4段，其中，第1段包含飞行器头部，且包含的区域应尽可能小满足分段处流动为超声速即可；第2段为不包含机翼或其他控制舵面，只包含飞行器机身；第4段为飞行器设计中可能会改变的部位和控制舵面，第3段为飞行器其他部分；(2)创建全流场所有网格的流场信息存储文件Fi，i代表段号；创建气动
力积分文件Fa；(3)对上述分段的飞行器进行区域网格划分，并采用PNS空间推进技术进行流场计算；假设当前计算分段为Sk，其上游段为Sk-1，下游段为Sk+1，初始段无上游段；对每段均按照下述步骤进行处理：(3.1)读取Sk-1传递给Sk的分段信息传递文件T(k-1)的内容，进行计算初始化，初始段即第1段采用流场计算的初始参数值进行计算初始化；(3.2)创建缓存文件Bi，开始计算；计算过程中的流场信息在缓存文件Bi中保存；若Sk计算完成，则将Bi信息转移至对应的流场信息存储文件Fi中，将Sk最后一个截面流场信息写入传递给Sk+1的分段信息传递文件T(k)中，最后保存当前段气动力数据到Fa中；若Sk计算失败，抛弃Bi内容，检查计算失败的原因，若是网格因素，则调整网格，并返回第(3)步重新计算，若不是网格因素，则调整PNS空间推进技术计算过程中影响计算稳定性的计算参数，返回(3.1)重新计算本段；计算参数调整应直到计算成功；(4)4段计算完成后，删除缓存文件，从Fa中统计气动力数据，得到最终结果。当对飞行器进行构型调整时，则所有小于4的分段不用计算直接使用计算结果即可，在保证第4段初始截面的面网格不变的前提下，调整或重新生成第4段网格，从(3.1)开始执行，直至所有段计算完成。本专利技术与现有技术相比有益效果为：(1)本专利技术提出一种高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法。针对PNS空间推进方法多块网格计算重启和变后体流动计算问题，以分段计算作为基本解决途径，通过缓存文件和前后段衔接处分段信息传递文件保存空间推进计算的中间信息，采用分段气动力积分方式增加气动力数据统计的灵活性，为PNS空间推进程序在复杂构型模拟中的应用提供便利。(2)本专利技术飞行器的分段方式既考虑了飞行器结构特征，又考虑了飞行过程中的流场特性，并且通过考虑空间复杂多区网格计算过程中的传递及网格拓扑关系，经过大量的理论及仿真分析，得到适合高超声速飞行器采用PNS空间推
进方式进行流场计算的分段方式，该分段计算解决了PNS空间推进程序不能计算复杂多区网格的问题，提高了复杂外形计算的适应性。(3)本专利技术缓存文件和分段衔接处分段信息传递文件的应用可有效解决空间推进程序计算崩溃必须从新计算的问题。(4)本专利技术避免飞行器后部构型改变需重新计算的问题，有效利用了空间推进程序流场下游信息不影响上游的特点，以最小的计算代价完成尾部构型改变的计算。附图说明图1：空间推进程序理想多块网格示意图；图2：复杂多块网格示意图；图3：复杂外形分段推进示意图具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明，高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法，步骤如下：(1)将高超声速飞行器沿气流流动方向分成4段如图3所示，其中，第1段包含飞行器头部，且包含的区域应尽可能小满足分段处流动为超声速即可；第2段为不包含机翼或其他控制舵面，只包含飞行器机身；第4段为飞行器设计中可能会改变的部位和控制舵面，第3段为飞行器其他部分；(2)创建全流场所有网格的流场信息存储文件Fi，i代表段号；创建气动力积分文件Fa；(3)对上述分段的飞行器进行区域网格划分，并采用PNS空间推进技术进行流场计算；假设当前计算分段为Sk，其上游段为Sk-1，下游段为Sk+1，初始段无上游段；对每段均按照下述步骤进行处理：(3.1)读取Sk-1传递给Sk的分段信息传递文件T(k-1)的内容，进行计算初始化，初始段即第1段采用流场计算的初始参数值进行计算初始化；(3.2)创建缓存文件Bi，开始计算；计算过程中的流场信息在缓存文件
Bi中保存；若Sk计算完成，则将Bi信息转移至对应的流场信息存储文件Fi中，将Sk最后一个截面流场信息写入传递给Sk+1的分段信息传递文件T(k)中，最后保存当前段气动力数据到Fa中；若Sk计算失败，抛弃Bi内容，检查计算失败的原因，若是网格因素，则调整网格，并返回第(3)步重新计算，若不是网格因素，则调整空间格式、推进步长等影响计算稳定性的计算参数，返回(3.1)重新计算本段；计算参数调整应直到计算成功；例如，S2计算时，将创建B2缓存文件，从分段信息传递文件T1中读取初始流场数据。计算完成后，B2中的内容将转移至F2。(4)4段计算完成后，删除缓存文件，从Fa中统计气动力数据，得到最终结果。当对飞行器进行构型调整时，假设构型调整部分位于第4段，则所有小于4的分段不用计算直接使用计算结果即可，对第4段按如下步骤处理。在保证第4段初始截面的面网格不变的前提下，调整或重新生成第4段网格并替换掉原网格。在原气动力积分文件Fa中查找第4段气动力积分结果并删除，按照步骤(3)重新计算第4段。本专利技术未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。本文档来自技高网...

【技术保护点】
高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法，其特征在于步骤如下：(1)将高超声速飞行器沿气流流动方向分成4段，其中，第1段包含飞行器头部，且包含的区域应尽可能小满足分段处流动为超声速即可；第2段为不包含机翼或其他控制舵面，只包含飞行器机身；第4段为飞行器设计中可能会改变的部位和控制舵面，第3段为飞行器其他部分；(2)创建全流场所有网格的流场信息存储文件Fi，i代表段号；创建气动力积分文件Fa；(3)对上述分段的飞行器进行区域网格划分，并采用PNS空间推进技术进行流场计算；假设当前计算分段为Sk，其上游段为Sk‑1，下游段为Sk+1，初始段无上游段；对每段均按照下述步骤进行处理：(3.1)读取Sk‑1传递给Sk的分段信息传递文件T(k‑1)的内容，进行计算初始化，初始段即第1段采用流场计算的初始参数值进行计算初始化；(3.2)创建缓存文件Bi，开始计算；计算过程中的流场信息在缓存文件Bi中保存；若Sk计算完成，则将Bi信息转移至对应的流场信息存储文件Fi中，将Sk最后一个截面流场信息写入传递给Sk+1的分段信息传递文件T(k)中，最后保存当前段气动力数据到Fa中；若Sk计算失败，抛弃Bi内容，检查计算失败的原因，若是网格因素，则调整网格，并返回第(3)步重新计算，若不是网格因素，则调整PNS空间推进技术计算过程中影响计算稳定性的计算参数，返回(3.1)重新计算本段；计算参数调整应直到计算成功；(4)4段计算完成后，删除缓存文件，从Fa中统计气动力数据，得到最终结果。...

【技术特征摘要】
1.高超声速飞行器多批次气动数据快速预测方法，其特征在于步骤如下：(1)将高超声速飞行器沿气流流动方向分成4段，其中，第1段包含飞行器头部，且包含的区域应尽可能小满足分段处流动为超声速即可；第2段为不包含机翼或其他控制舵面，只包含飞行器机身；第4段为飞行器设计中可能会改变的部位和控制舵面，第3段为飞行器其他部分；(2)创建全流场所有网格的流场信息存储文件Fi，i代表段号；创建气动力积分文件Fa；(3)对上述分段的飞行器进行区域网格划分，并采用PNS空间推进技术进行流场计算；假设当前计算分段为Sk，其上游段为Sk-1，下游段为Sk+1，初始段无上游段；对每段均按照下述步骤进行处理：(3.1)读取Sk-1传递给Sk的分段信息传递文件T(k-1)的内容，进行计算初始化，初始段即第1段采用流场计算的初始参数值进行计算初始化；(3.2)创建缓存文件Bi，开始计算；计算过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利，周伟江，纪楚群，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11