[发明专利]一种采用RANS/LES混合技术模拟飞行器摇滚运动的方法

摘要

本发明公开了一种采用RANS/LES混合技术模拟飞行器摇滚运动的方法，目的在于解决现有技术无法准确模拟飞行器大范围分离流动条件下的自激摇滚运动的问题，主要包括在传统的非定常RANS方法基础上对湍流模型长度尺度进行适当修正，构造出DES类方法；采用预估‑校正算法，在双时间步的伪时间迭代过程中实现流场控制方程和刚体运动方程的紧耦合求解，得到飞行器气动参数和运动参数随时间的变化历程。本发明能够在保证一定计算效率的前提下，较准确地模拟复杂流动条件下飞行器自激摇滚运动，为飞行器气动/运动的非线性耦合特性评估提供有效手段。

主权项

一种采用RANS/LES混合技术模拟飞行器摇滚运动的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、在传统的非定常RANS方法基础上，将湍流模型中长度尺度替换为DES类方法的长度尺度，使流场解算过程中在壁面附近继续用RANS方法模拟小尺度的湍流，而在分离区采用Smagorinsky亚格子应力模型来模拟涡结构，从而得到模拟飞行器的流场解算方法；步骤二、建立滚转单自由度刚体运动方程，并结合步骤一得到的流场解算方法，采用预估‑校正算法，构造气动/运动紧耦合求解方法；滚转单自由度刚体运动方程如下：dωxdt=MxIxxdγ/dt=ωx]]>式中，ωx为模型滚转角速度，Mx为模型所受滚转力矩，Ixx为模型滚转方向的转动惯量，γ为模型滚转角，t为有量纲时间；在第n个真实时间步计算开始时，使用之前时刻计算得到的气动力对当前时刻的滚转角速度和滚转角进行预测，预测算法为：ωxn=ωxn-1+dt12·[23(MxIxx)n-1-16(MxIxx)n-2+5(MxIxx)n-3]γn=γn-1+dt12·[23ωxn-1-16ωxn-2+5ωxn-3]]]>式中，上标n表示第n个真实时间步；随后在冻结当前真实时刻，进行伪时间迭代求解流场的过程中，使用校正算法对当前运动参数进行校正，校正算法为：ωxn=ωxn-1+dt12·[5(MxIxx)n,new+8(MxIxx)n-1-(MxIxx)n-2]γn=γn-1+dt12·[5ωxn,new+8ωxn-1-ωxn-2]]]>式中，上标“new”表示通过最近一步伪时间迭代得到的值；步骤三、针对特定飞行器外形划分网格；步骤四、采用步骤二中的计算方法，针对步骤三得到的空间网格，开展计算，得到飞行器气动参数和运动参数随时间的变化历程。