[发明专利]基于任意抛分网格下粒子搜索技术的飞行器气动特性确定方法

说明书

基于任意抛分网格下粒子搜索技术的飞行器气动特性确定方法，(1)采用直接模拟蒙特卡罗方法对飞行器流场计算域进行背景网格划分，并进行并行流场计算，获得流场分布参数；(2)任一个并行节点进行如下处理：计算该网格单元的特征尺度与该网格单元局部自由程的比值R，根据R确定该网格单元需要抛分的个数以及能否进行抛分，将能够进行抛分的网格单元及其抛分个数进行标记并进行全局广播；(3)所有节点都根据标记信息进行对应网格单元的抛分，并确定原网格单元中粒子与抛分后的网格单元的归属，完成一次自适应处理；(4)对网格单元继续进行全流场的并行计算，判断流场自适应处理次数是否达到预定值，未达到返回(2)继续处理，若达到则继续并行计算直至仿真模拟结束，从而得到飞行器气动特性规律。

技术领域

本发明涉及基于任意抛分网格下粒子搜索技术的飞行器气动特性确定方法

背景技术

直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法自出现以来已成功应用于临近空间高超声速飞行器、深空探测、卫星技术等航天器稀薄气体效应下的气动特性预测问题。然而该方法在模拟过程中有其自身的许多约束，其中网格尺度的要求是其中重要约束之一。这主要是由于在稀薄流区的DSMC方法模拟中，网格的主要作用有两个方面，一是为了采样统计出宏观流场变量，另一方面主要是为了在模拟过程中选取碰撞对。即两个相互碰撞的分子必须在同一网格中。研究表明，DSMC模拟中必须保证网格尺寸在当地分子自由程的三分之一量级才能有效保证模拟结果的正确性，即在DSMC模拟过程中碰撞对的选取在空间上必须满足一定的限制，这一要求给DSMC模拟相对较高的密度区域(自由程相对较小)带来了很大难度，并且在全流场模拟过程中很难保证全流场网格尺寸满足这一要求。为了保证更接近物理的近距离分子碰撞，网格需要在流场变化剧烈的位置及其进行加密，而自适应加密技术是有效解决此问题的有效途径。

自适应加密技术在DSMC方法的应用中国内外已开展了大量的研究工作，然而其主要集中于直角网格的研究，少有非结构四面体网格的自适应方法介绍。国际上已形成了许多较为著名的DSMC仿真代码，其中基于直角网格自适应技术的主要有DAC代码、SMILE代码、ICARUS代码及DS2V/3V代码。基于非结构四面体网格的MONACO代码及PDSC代码，其中非结构四面体网格均未采用自适应技术，需要依据经验去加密网格，国内关于DSMC方法的研究工作也取得了一定的进展，但自适应网格技术主要以直角网格自适应技术为主，非结构网格技术主要为二维自适应技术。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，根据现有研究DSMC自适应网格技术的需要，提供了基于任意抛分网格下粒子搜索技术的飞行器气动特性确定方法。

本发明的技术解决方案是：基于任意抛分网格下粒子搜索技术的飞行器气动特性确定方法，包括以下步骤：

(1)采用直接模拟蒙特卡罗方法对飞行器流场计算域进行背景网格的划分，并进行并行流场计算，获得流场分布参数；

(2)任一一个并行节点根据流场分布参数对每一个网格单元进行如下处理：计算该网格单元的特征尺度与该网格单元局部自由程的比值R，根据该比值R确定该网格单元需要抛分的个数以及能否进行抛分，将能够进行抛分的网格单元及其抛分个数进行标记并进行全局广播；

(3)其它并行节点接收全局广播的标记信息，所有节点都根据标记信息进行对应网格单元的抛分，并确定原网格单元中粒子与抛分后的网格单元的归属，完成一次自适应处理；

(4)对步骤(3)处理后的网格单元继续进行全流场的并行计算，判断流场自适应处理次数是否达到预定值，未达到预定值，返回(2)继续处理，若达到预定值，则继续并行计算直至仿真模拟结束，从而得到飞行器气动特性规律。

进一步的，背景网格尺寸为远场来流自由程的1-3倍。