[发明专利]一种飞行器动态气动特性模拟的迭代推进扰动域更新方法

说明书

本发明公开了一种飞行器动态气动特性模拟的迭代推进扰动域更新方法，针对现有飞行器动态气动特性数值模拟方法中存在大量无效计算的问题，采用非定常、对流、粘性三类动态计算域，提出仅对未收敛非定常单元求解、仅在局部区域考虑粘性效应的求解思路。非定常动态计算域仅包含每一物理时刻上非定常效应起主导作用的网格单元，对流动态计算域仅包含每一迭代步中受到扰动且求解尚未收敛的网格单元，粘性动态计算域仅包含对流动态计算域中粘性效应起主导作用的网格单元，三类动态计算域会在每个迭代步自适应更新。通过避免非定常数值模拟中的无效计算并降低内迭代达到收敛态所需的迭代步数，本发明可显著提高飞行器动态气动特性数值模拟的计算效率。

技术领域

本发明涉及计算流体力学技术领域，尤其涉及一种飞行器动态气动特性模拟的迭代推进扰动域更新方法。

背景技术

动态气动特性是飞行器设计的关键性能参数。得益于计算机硬件性能的飞速发展，非定常流动数值模拟已广泛应用于各类飞行器的动态气动特性预测中。然而，由于流动问题复杂导致计算量大、数值模拟方法求解效率低等问题，飞行器动态气动特性的数值模拟仍需耗费大量计算资源和超长求解周期，存在数值模拟计算效率难以满足飞行器气动设计日益增长的实际应用需求的问题。因此，提出适用于飞行器动态气动特性预测的高效数值模拟技术一直是计算流体力学的研究热点。

当前，迭代推进方法是飞行器动态气动特性数值模拟的主流方法之一，例如基于二阶后向差分的双时间步法。该方法通过在飞行器动态气动特性数值模拟的时间推进求解中引入内迭代，既可保证飞行器动态气动特性的数值模拟精度，又可将成熟的飞行器静态气动特性数值模拟方法推广至动态气动特性的数值模拟中。

目前，适用于迭代推进类飞行器动态气动特性数值模拟的加速技术主要通过迭代格式隐式化、空间并行化和网格生成合理化三种途径实现。迭代格式隐式化可打破迭代步长的稳定性条件限制，通过大幅增大迭代步长减少内迭代所需的步数。空间并行化是通过将飞行器流场网格划分为多个网格块，即将计算任务分解成多个子任务并行处理，从而可降低串行处理的计算量。网格生成合理化则是通过合理控制飞行器流场网格的疏密度，从而在保证空间精度的同时可通过减小网格量来降低计算量。

上述技术从离散格式、求解算法、网格等方面实现了飞行器动态气动特性数值模拟的加速，但在每一个物理时刻、每个迭代步中却在飞行器流场网格的静态计算域中对所有网格单元进行全局更新求解。这种更新方式存在两点弊端：一方面，飞行器流场网格的静态计算域对动态气动特性数值模拟的精度与效率至关重要，但其选取却完全依赖于经验，所选计算域不足会导致求解失败，所选计算域过大又浪费计算资源；另一方面，在飞行器流场网格的静态计算域中数值模拟无法利用求解中所需求解范围随流动演化与求解收敛不断变化的特点，会造成大量无效计算，甚至引入更多数值误差。因此，若能消除现有迭代推进类飞行器动态气动特性数值模拟方法中因采用飞行器流场网格的静态计算域模拟所造成的无效计算，必将显著降低飞行器动态气动特性数值模拟所需的计算量，从而提高飞行器动态气动特性数值模拟的计算效率，有效解决数值模拟计算效率难以满足飞行器气动设计日益增长的实际应用需求的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种飞行器动态气动特性模拟的迭代推进扰动域更新方法，用以解决现有飞行器动态气动特性数值模拟方法中存在大量无效计算的问题。

本发明提供的一种飞行器动态气动特性模拟的迭代推进扰动域更新方法，包括如下步骤：

S1：读入数据，包括飞行器流场的网格、预设计算域、边界条件和计算设置；

S2：根据来流条件或根据给定流场，对所述预设计算域中的流场进行初始化；

S3：根据流场初始化方式，建立非定常动态计算域、对流动态计算域和粘性动态计算域；