[发明专利]飞行器气动特性预测的自适应网格扰动域更新加速方法

说明书

本发明公开了一种飞行器气动特性预测的自适应网格扰动域更新加速方法，首先，提出自适应网格与动态计算域耦合存储的新型数据格式，从而实现自适应网格上动态计算域信息的高效存储与遍历；其次，建立可标识具有位于脱体强激波区、收敛缓慢等特征单元的自适应探测器；再次，建立既可加速收敛又可最小化计算增量的脱体强激波区各向异性加密网格自适应策略；最后，建立自适应网格加密与动态计算域更新的耦合逻辑及其算法，提出自适应网格扰动域更新加速方法。该方法可进一步提升现有扰动域更新方法的加速效果；相比于传统的全局更新方法，可为飞行器气动特性预测提供同时优化网格与计算域的技术途径。

技术领域

本发明涉及计算流体力学领域，特别涉及飞行器气动特性预测的自适应网格扰动域更新加速方法。

背景技术

计算流体力学数值模拟已成为飞行器气动特性预测的重要手段之一。数值模拟的首要步骤便是指定计算域并将其离散为待求解单元，即生成计算网格。自适应网格技术便是一种根据几何信息与流动特性自动加密或稀疏计算网格的网格生成技术。在飞行器气动特性模拟中引入自适应网格技术，可在大流动梯度区保证数值精度的同时，显著降低计算网格的单元数量。现有基于自适应网格的数值模拟方法均采用静态计算域全局更新求解。由于忽略了数值/物理扰动传播与流动控制方程求解收敛的特征，这种全局更新的求解方式会产生不同程度的无效计算，会因对未受扰区域迭代求解而引入更多数值误差，会因对已收敛区域持续更新而延迟收敛。

专利文献 ZL201810250654.8 提出了一种扰动区域更新方法可通过消除传统方法中的无效计算而获得计算效率的显著提升。这种扰动区域更新方法正好可用于避免现有基于自适应网格数值模拟方法的不足。目前，扰动区域更新方法已在各类可压缩流动的数值模拟中得到了很好地验证，但其也存在计算效率进一步提升的空间。例如，该方法仅能通过优化计算域提升计算效率，却不具备优化网格质量的能力。一方面，网格分布不合理便无法以最小网格量获得最高数值精度。另一方面，若模拟流场中存在脱体强激波区，该区域便可能因网格质量未满足要求而导致动态计算域无法收缩，从而使扰动区域更新方法无法发挥其真正的加速效果。而自适应网格技术正好是在求解中通过改善网格疏密度实现收敛加速或计算精度提升的有效方法。因此，令两种方法优势互补，建立自适应网格技术与扰动区域更新方法的高效耦合方法是进一步提升数值模拟计算效率的有效途径。

发明内容

针对现有基于自适应网格技术的数值模拟方法存在无效计算、现有扰动区域更新方法无法自动优化网格限制加速效果的问题，本发明提出一种飞行器气动特性预测的自适应网格扰动域更新加速方法。通过扰动域区域更新方法解决现有基于自适应网格技术的数值模拟方法中存在无效计算的问题，通过自适应网格技术解决现有扰动区域更新方法中因无法自动优化网格而限制加速效果的问题，并着重提出两种方法耦合时所涉及的新算法与新数据格式。首先，提出自适应网格与动态计算域耦合存储的新型数据格式，从而实现自适应网格上动态计算域信息的高效存储与遍历。其次，建立可标识具有位于脱体强激波区、收敛缓慢等特征单元的自适应探测器。再次，建立既可加速收敛又可最小化计算增量的脱体强激波区各向异性加密网格自适应策略。最后，建立自适应网格加密与动态计算域更新的耦合逻辑及其算法，提出自适应网格扰动域更新加速方法。

一种飞行器气动特性预测的自适应网格扰动域更新加速方法，包括如下步骤：

S1：读入数据；

S2：粗化网格；

S3：初始化流场；

S4：建立动态计算域；

S5：求解控制方程；

S6：判断是否退出当前网格的迭代求解；

若当前网格为步骤S1读入网格的粗化网格，以最大迭代步数构建迭代求解退出判据；判断迭代步数是否达到最大迭代步数，若是，则跳转至步骤S8，若否，则继续步骤S7；