[发明专利]一种直升机流场数值模拟的优化方法及系统

权利要求书

1.一种基于计算流体力学数值仿真的优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤(1)、获取直升机机身几何参数及飞行过程中气流物理参数信息；

步骤(2)、根据步骤(1)获取的数据构建气流网格拓扑结构；其中每个网格包含当前位置的气流物理参数信息；

步骤(3)、气流网格拓扑结构中各网格进行独立的流场计算，获得流场空间分布的网格边界数据；

3-1气流网格拓扑结构中各网格上建立三维可压雷诺平均N-S方程：

其中W为守恒变量，F(W)和F_v分别为对流通量和粘性通量；

在各网格上的偏微分方程组及上述N-S方程最终结果可近似为一个线性代数方程组，则此线性方程组为：

Ax＝b (1)

系数矩阵A矩阵维度为n，nb为分块大小，x为方程未知量；

系数矩阵A是由大小为nb*nb的数据块组成，共有nt*nt个数据块；

提取代数方程的系数矩阵A；

3-2通过SRBT方法对系数矩阵A进行随机化预处理，并将矩阵A_r转化为瓦片(tile)状；

3-3用多波前法分解瓦片(tile)状矩阵A_r，提取波前矩阵Q；

3-4采用改进LDLT瓦片算法对波前矩阵Q进行LDLT分解，并利用OpenMP taskconstruct并行化，得到下三角矩阵L和对角矩阵D；

所述LDLT分解是把矩阵Q分解为：

Q＝LDL^T (10)

其中L、D矩阵中每个元素代表的是一个nb*nb的瓦片块；T是指对矩阵进行转置操作；

所述改进的LDLT瓦片算法具体如下：

a)初始化k＝1；

b)采用LDLT算法对波前矩阵Q对角块Q_kk进行分解，得到下三角矩阵L_kk和对角矩阵D_kk：

其中1≤k≤nt，T表示转置；

c)根据上述得到的下三角矩阵L_kk和对角矩阵D_kk计算波前矩阵Q第k列所有瓦片块的矩阵L_ik；

W_kk＝L_kkD_kk (15)

其中k≤i≤nt；

d)采用改进ACA算法对瓦片块进行压缩处理；

将步骤c)第k列所有瓦片块的下三角矩阵L_ik分解为X，Y两个低秩矩阵；若精度达到低秩阈值，或者低秩矩阵中向量组数达到循环阈值，则循环结束，若否则返还生成新的向量组，添加到X，Y，生成新的X，Y低秩矩阵；

其中k+1≤i≤nt；

e)更新Q_ij

判断步骤d)压缩后低秩矩阵X、Y的秩是否大于等于循环阈值，若是则使用原全秩矩阵L_ik更新Q_ij：

若否则将公式(17)代入公式(18)，使用低秩矩阵更新Q_ij：

其中k+1≤i≤nt，k+1≤j≤i；

f)判断当前迭代下k是否为nt，若是则所有瓦片块分解结束，若否则更新k＝k+1，返回步骤b)；

3-5通过正向替代和反向替代得到最终方程组(1)的解；

3-6使用一次迭代优化提升解的精确度：

3-6-1根据公式(23)得出的解x计算残差r：

r＝b-Ax (24)

3-6-2根据公式(24)得出的解x计算残差r：

Ad＝r (25)

其中d是修正值；

3-6-3更新修正值

x′＝x+d (26)

其中m代表迭代次数；

根据迭代优化更新后的解x′得到流场空间分布的网格边界数据；

步骤(4)、根据步骤(3)流场空间分布的网格边界数据，对气流网格拓扑结构进行更新；

步骤(5)、重复步骤(2)、(3)、(4)直至流场收敛。