[发明专利]复杂发射条件火箭动态起飞燃气流场网格模型生成方法

说明书

本发明公开了一种复杂发射条件火箭动态起飞燃气流场网格模型生成方法，首先基于火箭箭体(包含一级发动机喷管)、发射系统的简化实体模型生成包含火箭箭体、发射系统的包络计算域；然后基于火箭箭体、发射系统特征结构、特征尺度将整个包络计算域分区划分，生成火箭箭体、发射系统的包络计算子域，以及过渡子域及外围子域；接着以一级发动机喷口直径为参考尺度，生成子域网格；最后对动态网格模型质量、分辨率、可行性综合评估。本发明方法能够解决包括复杂发射系统、箭体结构条件下动态燃气流场网格模型生成难题，同时可有效保证网格质量和数量，节约了计算资源，提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及复杂发射条件火箭动态起飞燃气流场网格模型开发方法,属于燃气流场仿真领域。

背景技术

火箭在起飞过程中，喷管喷出的高温高速燃气流会对底部发射系统产生剧烈的冲击和烧蚀作用，因此需要在设计阶段明确起飞过程发射系统所处的力、热环境，用于指导发射系统的结构强度和热防护设计。工程上通常采用燃气流场仿真来获取燃气流对发射系统的力、热影响。

为准确模拟火箭动态起飞过程的燃气流场特性，需要采取非定常燃气流场仿真方法，这就需要用到动网格生成技术。对复杂发射条件的动态燃气流场仿真而言，其动网格生成具有以下困难：1.发射系统结构复杂性造成网格质量难以保证；2.箭体与发射系统在高度方向有交错，底部生成动网格的包络面难以划分；3.箭体下方及侧向空间紧张，对包络箭体子域划分与子域内网格的生成难度较稳态网格生成更大。

为保证计算结果的准确性，通常保留流场内各结构件的真实构型，并控制结构件表面的网格尺度，这样会带来网格量偏大的后果，而且非定常计算的求解量远大于定常计算，所以动态起飞燃气流场非定常仿真计算往往需要大量的计算资源和漫长的时间。为了避免计算资源和时间的无谓浪费，必须合理控制燃气流场计算动网格模型的网格质量和数量。因此需要一种可行的复杂发射条件火箭动态起飞燃气流场网格模型生成方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供复杂发射条件火箭动态起飞燃气流场网格模型生成方法，解决了紧凑空间下，箭体底部包络面生成的难题，有效保证网格质量和数量，节约了计算资源，提高了计算效率。

本发明的技术解决方案是：

复杂发射条件火箭动态起飞燃气流场网格模型生成方法，包括如下步骤：

步骤1：对火箭箭体及发射系统的实体模型进行简化，所述火箭箭体包含一级发动机喷管；

步骤2：生成包含火箭箭体、发射系统的包络计算域，并划分子域；

步骤3：以一级发动机喷口直径为参考尺度，生成子域网格；

步骤4：对动态网格模型质量、分辨率、可行性综合评估，如果合理，则燃气流场网格模型生成结束，否则，对网格模型进行修正，直至网格模型合理。

所述步骤1中，简化包括以下几方面：

1)保留燃气流正冲范围的结构表面轮廓；

2)对结构表面小缝隙采取填充处理；

3)对背风区对流场几乎没有影响的凸起或凹陷外轮廓采取抹平处理；

4)对迎风区小尺度的结构凸起或凹陷采取抹平处理。

所述步骤2中，生成包络计算域的过程如下：

创建一个包含步骤1中简化实体模型的包络体，通过布尔运算将简化实体模型从体中差掉，得到的就是实体结构外的流场计算区域，即包含火箭箭体、发射系统的包络计算域。

所述步骤2中，划分子域的过程如下：

将包络计算域划分为运动子域和静止子域，运动子域是包络火箭箭体的子域，静止子域包括包络发射系统的子域和包络无特殊结构扰动的外围子域。