[发明专利]一种高速来流条件下激光毁伤效应的多场耦合分析方法

说明书

本发明提供一种高速来流条件下激光毁伤效应的多场耦合分析方法，包括如下步骤：预先建立包含激光的热力载荷下结构分析模型和高速来流作用下流体分析模型；根据结构瞬态热力耦合分析确定结构热力响应，获得耦合面的烧蚀退化量；通过网格重构更新结构分析模型和流体分析模型；基于耦合面温度场，在耦合界面处进行数据映射，得到固体耦合面气动力、气动热，然后更新结构分析模型的载荷条件；基于更新的结构分析模型进行下一时刻瞬态热力耦合分析；依此循环，最终得到高速来流条件下激光对飞行目标毁伤效应的全耦合数值计算结果。本发明提出考虑局部烧蚀效应的多场耦合数值分析策略，实现高速来流条件下激光对飞行目标毁伤效应的全耦合数值计算。

技术领域

本发明涉及热力学结构领域，特别是涉及一种对高速来流条件下激光毁伤效应的多场耦合分析方法。

背景技术

高速飞行导弹具有飞行速度快、毁伤威力大、突防能力强等战略优势，现有动能拦截导弹防御系统难以百分之百奏效。高能激光武器具有即瞄即打、持续打击、转移迅速等特点，在反制高速飞行靶目标方面具有独特的优势。

激光对高速靶目标的拦截本质上是高速来流条件下的激光热力毁伤问题。然而，目前对该问题的研究还停留在原理性和概念性阶段，主要的原因在于缺乏定量化的分析与预报能力，导致对其中的热力破坏机理认知不明。

高速来流条件下的激光热力毁伤效应数值分析涉及到传热、高速流动、结构响应、热力烧蚀等多种效应之间的相互作用，是一类含有移动边界的复杂流-热-固多物理场耦合问题，相关的研究目前还很少见。现有技术中，气流的影响往往以等效、固定的常数描述，没有考虑激光诱导的烧蚀行为所带来的移动边界、壁面高温等效应对高速流动的反作用。这种情况下，无法对激光热力烧蚀行为给出准确的描述，更不论对其中的热力破坏机理进行全面深入的理解。

因此，必须发展适合于高速来流条件下激光毁伤效应的多场耦合分析方法，定量化地给出目标特性、打击距离、激光参数、毁伤模式、毁伤时间等众多因素之间的关系，从而明确激光对高速靶目标的毁伤机理，实现高效激光打击策略的制定。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确且全面对高速来流条件下激光毁伤效应的多场耦合分析方法

具体地，本发明提供一种高速来流条件下激光毁伤效应的多场耦合分析方法，包括如下步骤：

步骤100，预先建立包含激光的热力载荷下结构分析模型和高速来流作用下流体分析模型；

步骤200，根据结构瞬态热力耦合分析确定结构整体温度、结构耦合面温度场和结构耦合面变形量的热力响应，同时基于结构整体温度、结构耦合面气动力和结构耦合面气动热，结合结构烧蚀模型进行结构烧蚀分析，获得结构耦合面的烧蚀退化量；

步骤300，基于结构耦合面变形量和烧蚀退化量，相加得到结构耦合面总变形量，然后进行结构网格重构，更新结构分析模型；同时基于结构耦合面总变形量在耦合界面处进行数据映射，获得流体耦合面总变形量，然后进行流体网格重构，更新流体分析模型；

步骤400，基于耦合面温度场，在耦合界面处进行数据映射，得到流体耦合面温度场，再次更新流体分析模型并进行流体稳态分析，获得流体耦合面气动力和流体耦合面气动热的流场信息；基于流体耦合面气动力和气动热，在耦合界面处进行数据映射，得到固体耦合面气动力、气动热，然后更新结构分析模型的载荷条件；

步骤500，基于更新的结构分析模型，进行瞬态热力耦合分析，时间间隔为Δt；判断是否满足预设的停止条件，如果是，则停止整个流程，否则，返回执行步骤200，最终得到高速来流条件下局部热流对快速飞行目标毁伤效应的全耦合数值计算结果。

本发明克服现有技术中对流-热-固多场耦合效应估计不足的问题，提出的多场耦合分析方法，通过构建局部烧蚀效应的多场耦合数值分析策略，从而实现高速来流条件下激光对快速飞行目标毁伤效应的全耦合数值计算，为明确高速来流条件下激光热力毁伤机理提供有效的技术支撑。