飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法技术

本发明专利技术公开了一种飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法，首先，利用隐式装配方法基于壁面距标记单元属性的特点简化壁面距算法，从而提高网格装配的效率；其次，在扰动域更新方法的框架下，实现重叠网格的数值模拟，使得仅有未收敛受扰区域内的单元进行插值运算，从而降低重叠网格插值运算的计算量；再次，建立新型重叠网格信息交换方法，实现在大流动梯度区基于网格变形与加密传递信息，在小流动梯度区域基于流动梯度插值传递信息的方式，从而改善重叠区精度并避免“孤点”问题。该方法可显著提升飞行器多体分离问题数值模拟的计算效率，并解决数值精度在大流动梯度网格重叠区损失、存在“孤点”等问题。等问题。等问题。

【技术实现步骤摘要】
飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法


[0001]本专利技术涉及计算流体力学领域，特别涉及飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法。

技术介绍

[0002]多体分离过程中，多体飞行器间存在“多体运动改变气动特性，气动特性又影响多体运动轨迹”的耦合干扰效应。因此，精准模拟飞行器的多体分离过程是设计存在多体分离问题飞行器中必不可少的一环，对保障飞行安全至关重要。
[0003]计算流体力学数值模拟是多体分离过程气动特性的重要分析手段。然而，多体分离问题由于存在多个物体或组合或独立的大位移运动，对数值模拟计算网格的生成提出巨大挑战。为降低网格生成难度，基于多套子网格装配的重叠网格技术已成为开展多体分离问题模拟的常用方法。重叠网格技术是先将存在相对运动的各多体飞行器独立生成网格，再通过网格装配技术将多套子网格组合为覆盖待求计算域的一套网格，并建立子网格重叠区的插值关系以实现各子网格间流场信息的传递与匹配。该方法的优势在于大幅降低多体问题网格的生成难度，各子网格仅随物体刚性运动，无需重新生成，对复杂结构、复杂运动普适性强。但其也饱受存在“孤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：计算初始化；读入数据，初始化网格参数与流场参数，建立对流动态域与非定常动态域；S2：重叠网格装配；根据壁面距隐式装配重叠网格，确定网格重叠区域并标记重叠区域中的大流动梯度单元；S3：网格重叠区域流场信息传递；重叠区域的大流动梯度单元通过自适应加密与变形实现守恒型插值，小流动梯度单元基于流动梯度直接插值；S4：流动控制方程求解；在对流动态域中求解流动控制方程，更新对流动态域；在流动控制方程求解中，在网格重叠区域的大流动梯度单元考虑网格变形导致的网格速度；判断当前时刻内迭代是否收敛，若未收敛，则跳转至步骤S3，进入当前时刻下一迭代步的求解；若已收敛，则进一步判断计算是否完成；若计算未完成，则继续步骤S5；若计算已完成，则输出结果，结束计算；S5：下一时刻再初始化；求解6自由度运动方程，确定飞行器在下一时刻的位置与姿态；刚性运动子网格，在数值模拟中描述飞行器在下一时刻的位置与姿态；在更新非定常动态域与对流动态域后，返回步骤S2，进入下一时刻的求解。2.根据权利要求1所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法，其特征在于，所述步骤S2包含如下子步：S2
‑
1：确定网格属性；遍历所有子网格单元，根据单元对各子网格壁面距，确定其网格属性，完成网格的装配；S2
‑
2：确定重叠区域对应关系；遍历所有插值单元，确定并记录每一插值单元在与其重叠网格中格心距离最近的单元标号。3.根据权利要求2所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法，其特征在于，所述网格属性包括计算单元、插值单元、非活跃单元；计算单元是根据流动控制方程求解获得流场信息的单元，插值单元是从网格重叠区获取其他网格所得流场信息的单元，非活跃单元是完全不影响数值模拟的单元；对每一子网格单元，S2
‑
1具体包含如下4个子步：S2
‑1‑
1：计算单元格心到其他网格壁面单元外接长方体的距离，确定距离最近的2个外接长方体；令x
i,c
为网格单元的格心坐标，x
i,min
、x
i,max
分别表示外接长方体在x
i
方向的最小值和最大值，则计算网格单元到外接长方体的距离表示为S2
‑1‑
2：若该单元距最近2个外接长方体的距离大于其存储的对所属网格的壁面距，则标记该单元为非活跃单元；若小于或数值接近，则遍历2个外接长方体中的壁面单元，计算
该单元到其中每个壁面单元的距离，并保存其中的最小值；S2
‑1‑
3：若该单元对所属网格壁面距小于对其他网格的壁面距，则标记该单元为计算单元；S2
‑1‑
4：将标记单元相邻的若干层非活跃单元标记为插值单元。4.根据权利要求1所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法，其特征在于，所述步骤S3包含如下子步：S3
‑
1：标记重叠区域大流动梯度单元；标记重叠区域中流动梯度大于给定流动梯度阈值的单元，并记录其网格节点坐标；其余未标记的重叠区域单元即为小流动梯度单元；S3
‑
2：自适应加密大流动梯度单元；针对重叠区域大流动梯度单元，若1个单元存在多个对应单元时，根据单元的对应数量，将具有多个对应单元的单元剖分，使得剖分后的子单元数不少于对应单元数，剖分后所得子单元的格心分别接近各对应单元；S3
‑
3：大流动梯度单元变形；移动重叠区域大流动梯度单元节点位置，移动后使其满足：1）重叠区域的两套网格格心重合；2）所有节点的移动距离最小；取一组对应单元在移动前格心的平均值作为其移动后的格心坐标，以拉格朗日乘数法联立求解所有大流动梯度单元的目标节点位置；S3
‑
4：小流动梯度单元插值；基于流动梯度，插值获得重叠区域小流动梯度单元的流场信息。5.根据权利要求4所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法，其特征在于，所述步骤S3
‑
3，移动重叠区域大流动梯度单元节点位置具体为：设x
i0(1)
、x
i0(2)
为移动前一组对应单元的格点坐标，x
c0(1)
、x
c0(2)
为移动前该组对应单元的格点坐标，设x
i(1)
、x
i(2)
为移动后该组对应单元的格点坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋崇文，胡姝瑶，高振勋，许晨豪，李椿萱，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：