[发明专利]一种基于插值变形网格的大变形运动数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于插值变形网格的襟翼偏转大变形运动数值模拟方法，其特征在于，用于民用飞机的增升装置偏转过程的非定常数值模拟任务，包括以下步骤：

步骤1，确定需要进行数值模拟的物理几何模型model(A)以及需要进行数值模拟的数值模拟工况；

确定需要对物理几何模型model(A)进行数值模拟的襟翼偏转大变形运动过程motion(A)；其中，所述襟翼偏转大变形运动过程motion(A)包括总初始状态t_inial_state(A₀)和总结束状态t_end_state(A₁)；

步骤2，将步骤1确定的襟翼偏转大变形运动过程motion(A)沿时间方向分解为n个变形幅度较小的襟翼偏转过程的子运动过程，分别为襟翼偏转过程的子运动过程pm(A₁),襟翼偏转过程的子运动过程pm(A₂),...,襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_n)；

其中：对于任意襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_i)，i＝1,2,...,n，均已知其初始状态inial_state(A_i)和结束状态end_state(A_i)；其中：inial_state(A₁)＝t_inial_state(A₀)；end_state(A_n)＝t_end_state(A₁)；

步骤3，对于任意襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_i)，i＝1,2,...,n，采用以下方法，生成襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_i)起始时刻的计算域目标网格inial_tu(A_i)；

步骤3.1，根据数值模拟工况以及襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_i)的初始状态inial_state(A_i)，确定物理几何模型model(A)在模拟流场的位姿；

步骤3.2，根据物理几何模型model(A)在模拟流场的位姿，得到物理几何模型model(A)的边界轮廓，物理几何模型model(A)的边界轮廓即为计算域内边界，从而确定计算域内边界；

步骤3.3，根据数值模拟工况，确定计算域外边界，计算域内边界和计算域外边界围成的区域为计算域区域；

步骤3.4，对计算域区域进行格网化，襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_i)起始时刻的计算域目标网格inial_tu(A_i)；

步骤4，襟翼偏转过程的子运动过程pm(A₁)的数值模拟：

设置数值模拟边界条件和时间步长，以初始状态inial_state(A₁)为已知输入，以边界轮廓达到结束状态end_state(A₁)位置为迭代终止的判断条件，采用非定常变形网格方法对襟翼偏转过程的子运动过程pm(A₁)的流场进行数值模拟，使襟翼偏转过程的子运动过程pm(A₁)从初始状态inial_state(A₁)开始运动，并停止在结束状态end_state(A₁)；获得结束状态end_state(A₁)时计算域区域中每个网格的流场特征模拟值；

步骤5，令j＝2；

步骤6，襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_j)的数值模拟：

步骤6.1，通过步骤3，得到襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_j)起始时刻的计算域目标网格inial_tu(A_j)：

步骤6.2，对于计算域目标网格inial_tu(A_j)中的每个网格，假设表示为网格grid(A_j(k))，通过以下方法，得到其流场特征模拟初始值flow(A_j(k))：

步骤6.2.1，确定网格grid(A_j(k))在计算域目标网格inial_tu(A_j)的绝对坐标；

步骤6.2.2，根据网格grid(A_j(k))在计算域目标网格inial_tu(A_j)的绝对坐标，在襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_j-1)的结束状态end_state(A_j-1)的计算域区域中，定位到相同位置的网格，假设为网格grid(A_j-1(h))；

步骤6.2.3，采用搜索算法，在襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_j-1)的结束状态end_state(A_j-1)的计算域区域中，搜寻网格grid(A_j-1(h))附近距离最近的r个网格；使用反距离权重插值方法，对r个网格在结束状态end_state(A_j-1)的流场特征模拟值进行计算，得到网格grid(A_j(k))的流场特征模拟初始值flow(A_j(k))；

步骤6.3，以计算域目标网格inial_tu(A_j)中每个网格的流场特征模拟初始值为已知输入，以结束状态end_state(A_j)为迭代终止的精度判断条件，采用非定常变形网格方法对襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_j)的流场进行数值模拟，使襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_j)从初始状态inial_state(A_j)开始运动，并停止在结束状态end_state(A_j)；获得结束状态end_state(A_j)时计算域区域中每个网格的流场特征模拟值；

步骤7，判断j是否等于n；如果不等于，则令j＝j+1，返回步骤6；否则，完成对所有襟翼偏转过程的子运动过程的数值模拟，执行步骤8；

步骤8，完成对物理几何模型model(A)的襟翼偏转大变形运动过程motion(A)的数值模拟，输出数值模拟结果，即：襟翼偏转过程的子运动过程pm(A_n)的结束状态end_state(A_n)时计算域区域中每个网格的流场特征模拟值；

其中，步骤6.2.3中，使用k-d树搜索方法，搜寻网格grid(A_j-1(h))附近距离最近的r个网格。