[发明专利]一种气热弹三场耦合仿真分析方法

权利要求书

1.一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，针对气热弹三场耦合计算，气热弹三场通过数据传递实现耦合仿真；其中，气指代气体流场，热指代飞行器固体温度场，弹指代飞行器固体弹性应力场；该仿真分析方法适用于飞行器上升段高速飞行过程，并采用时间推进机制进行，具体包括以下步骤：

步骤1、从外部获取当前飞行状态参数以供气热弹耦合计算；

步骤2、气热弹耦合计算模块按照耦合迭代算法进行气热弹三场间的耦合计算，给出当前飞行状态下飞行器受到的气动力与气动力矩；

步骤3、外部根据当前飞行状态下飞行器的受力情况，计算飞行器下一时刻的飞行状态，并将飞行器下一时刻的飞行状态传递给气热弹耦合计算模块；

步骤4、判断是否满足仿真终止条件，如满足，则终止仿真，如不满足，则继续仿真。

2.如权利要求1所述的一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

步骤11：初始化飞行状态参数，所述飞行状态参数包括飞行高度、马赫数、舵偏、飞行器远前方自由来流、飞行器内壁温度Tw、飞行器质量、飞行器转动惯量、仿真时间、步长时间，置初始时间t＝0；其中，飞行器远前方自由来流的参数包括飞行器远前方自由来流的速度Vin、飞行器远前方自由来流的压力P∞、飞行器远前方自由来流的温度Tinf；

步骤12：依据所述初始化飞行状态参数和飞行器三维数字样机模型构建计算网格；

步骤13、确定N-S方程组边界条件、飞行器固体温度场控制方程以及飞行器固体弹性应力场平衡方程边界条件；

步骤14：确定飞行器气体流场迭代初值、飞行器固体温度场初值、飞行器固体弹性应力场初始位置值。

3.如权利要求2所述的一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤21：迭代计算t时刻的气热弹三场耦合所涉及到的各参数的数值；

步骤22：进行气热弹三场间的耦合计算；

步骤23：输出气动力、气动力矩、飞行器结构变形量、飞行器结构温度分布T、气体流场分布、飞行器固体温度场分布、飞行器固体弹性应力场分布。

4.如权利要求3所述的一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述步骤22具体为：包括气动计算、传热计算、结构计算；将气动计算和传热计算结合形成气热耦合，将传热计算和结构计算结合形成热弹耦合；将气动计算和结构计算结合形成气弹耦合；将气热耦合、气弹耦合、热弹耦合共同耦合为流体区域和固体区域的网格重新生成以获得气热弹三场间的耦合。

5.如权利要求5所述的一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤31：读取步骤23中各输出的数据；

步骤32：确定位置、速度的初值；

步骤33：计算t时刻所涉及到的各外部参数的数值；

步骤34：输出位置、速度的值。

6.如权利要求5所述的一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述步骤4具体为：判断是否满足仿真终止条件，若满足条件则终止仿真，输出仿真结果；若不满足，则将时间向前推进一个步长Δt，令t＝t+Δt，并返回步骤21。

7.如权利要求1所述的一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，耦合计算采用耦合动力学控制方程进行，所述耦合动力学方程包括气体流场控制方程、飞行器固体温度场控制方程、飞行器固体弹性应力场控制方程，边界条件同时满足气弹、气热、热弹耦合的边界条件。

8.如权利要求7所述的一种气热弹三场耦合仿真分析方法，其特征在于，气体流场控制方程对流项采用迎风格式离散，时间的离散则采用显式方法离散，时间步长的选取依据气体流动速度、局部网格的空间尺度进行选择；飞行器固体温度场控制方程采用中心差分格式离散，采用交替隐式迭代求解，其时间步长的选取与网格空间尺度相关。