[发明专利]一种考虑粗糙效应的飞行器湍流确定方法及系统

权利要求书

1.一种考虑粗糙效应的飞行器湍流确定方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)对飞行器的全流场进行网格划分；

(2)根据飞行器烧蚀表面特征计算粗糙单元密度λ，然后计算等效沙粒高度h_e；

(3)根据飞行器计算流场中的参数以及步骤(2)中给出的h_e计算模化参数B；计算模化参数B，具体公式为：

其中，τ是剪切应力，τ_w是壁面剪切应力，B⁺是修正的中间变量，且有：

其中，B^*为常数，Ar数为基于边界层外缘马赫数Me的中间变量，且有：

其中，γ气体比热比；

(4)根据飞行器计算流场中的参数计算模化参数A；

计算模化参数A，具体公式为：

其中，ρ为流场密度，μ为流场粘性系数，A⁺为修正参数，且有：

其中，N^*为修正因子，且有：

其中，ρ_w、μ_w分别为壁面密度和壁面粘性系数；

(5)根据步骤(3)及步骤(4)中的模化参数A、B，计算出Baldwin-Lomax(B-L)代数湍流模型中内层模型所需的进行了粗糙效应修正的混合长度L，从而对B-L代数湍流模型进行修正，然后再对Navier-Stokes(N-S)方程进行求解，从而获得湍流状态下有粗糙表面特征的飞行器的气动特性随粗糙高度的变化规律；

根据计算出来的A、B，对Baldwin-Lomax(B-L)代数湍流模型的内层模型进行粗糙效应修正，即：

内层模型：

其中，μ_i是内层粘性系数，考虑粗糙效应的混合长度L的表达式为：

混合长度

其中，k是Karman常数，且k＝0.4，y为计算点距离壁面的法向距离；

涡量绝对值

其中，x、y、z为流场三个坐标轴的方向，u、v、w为三个方向上的速度分量。

2.根据权利要求1所述的一种考虑粗糙效应的飞行器湍流确定方法，其特征在于：计算等效沙粒高度h_e，具体公式为：

其中，h为粗糙单元高度，λ是粗糙单元密度，且有：

其中，S为光滑壁面的采样面积，S_f为采样表面所有粗糙单元锋面的总面积，A_s为粗糙单元在流向的投影面积，A_f为粗糙单元迎风面的面积。