[发明专利]用于飞行器定常绕流数值求解的计算域外边界确定方法

摘要

本发明属于计算流体力学领域，提出一种用于飞行器定常绕流数值求解的计算域外边界确定方法。采用的技术方案是：S1：初步确定计算域外边界，并划分网格；S2：求解简化条件下的飞行器定常绕流的流场参数；S3：识别简化条件下飞行器定常绕流扰动区域内的网格点；S4：确定飞行器定常绕流数值求解的计算域外边界。本发明可最大限度缩减计算域，减少网格量，提高飞行器定常绕流数值求解效率；得到简化条件下的流场可作为后续流场求解的初始流场，利于提高后续流场求解的稳定性与收敛速度；在来流为亚、跨、超声速时皆可用。

主权项

1.一种用于飞行器定常绕流数值求解的计算域外边界确定方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：初步确定计算域外边界，并划分网格：计算域外边界初步确定按以下原则进行：(1)当来流为亚、跨声速时，要求飞行器对外边界处流场的扰动小至可忽略，即要求计算域的外边界距飞行器的距离应足够远，取该距离为飞行器特征长度的20～100倍；(2)当来流为超声速时，计算域外边界应完全包裹流场激波；按照以上述原则初步确定的计算域外边界，在计算域内进行网格划分，划分得到的网格对应网格节点集合为G＝{(x,y,z)}；S2：求解简化条件下的飞行器定常绕流的流场参数：飞行器绕流定常解中，飞行器对流场扰动区域边界受马赫数、压强、温度、攻角、侧滑角这些来流条件以及粘性模型，壁面边界条件，空间离散格式影响，其中来流条件对扰动区域边界的影响最为显著，粘性模型、壁面边界条件、空间离散格式主要影响流场求解精度与求解效率，对扰动区域边界的影响较小；步骤S2以提高解算速度为原则，将计算条件简化，取计算量最小、最易收敛的计算设置：其中粘性模型取为无粘模型，即流动控制方程为欧拉方程；壁面边界条件取无穿透条件；空间离散格式取为一阶迎风格式，通过迭代求解可快速得到飞行器定常绕流的流场参数；S3：识别简化条件下飞行器定常绕流扰动区域内的网格点：流场参数与自由来流一致的为自由来流区域，其余区域为飞行器在流场中的扰动区域；选取压强、温度、速度流场这些参数中的任一参数，设该参数为ψ；在S2得到的流场中，若第i个网格点上的ψ参数值满足下式，则该网格点为简化条件下飞行器定常绕流的扰动区域的网格点：ψ_i≥(1+ε)ψ_∞或ψ_i≤(1‑ε)ψ_∞i＝1,2,…N   (1)式中，ψ_i为第i个网格点上的ψ参数值；ψ_∞为自由来流的ψ参数值；0＜ε＜1，取ε值为0.001～0.03；N为网格点的个数；所有满足式(1)的网格点的集合为G_δ＝{(x_δ,y_δ,z_δ)}；S4：确定飞行器定常绕流数值求解的计算域外边界：考虑到S2得到的流场为简化条件下求得的流场，其扰动区域与原计算条件对应流场的扰动区域存在一定差异，步骤S4对S3得到的G_δ＝{(x_δ,y_δ,z_δ)}进行放大，放大后网格点的凸包即为飞行器定常绕流数值求解的计算域外边界；具体步骤如下：(S4.1)选取飞行器的几何中心p_c＝(x_c,y_c,z_c)为放大中心；(S4.2)以p_c为中心，将S3得到的简化条件下飞行器定常绕流扰动区域内的网格点坐标按下式放大：式中，λ为放大系数，取为1.05～1.5；通过式(2)得到的网格点的集合为G_δ1＝{(x_δ1,y_δ1,z_δ1)}；(S4.3)计算包裹G_δ1＝{(x_δ1,y_δ1,z_δ1)}的凸包，该凸包即为用于飞行器定常绕流数值求解的计算域外边界确定方法得到的计算域外边界。