[发明专利]一种适于伞降空投过程流固耦合数值模拟的自适应网格控制方法

摘要

一种适于对实际伞降空投过程进行流固耦合数值模拟的自适应网格控制方法，该方法通过充分利用ALE网格的自由变换特性来对运动中降落伞周围的局部流场进行自适应跟踪，从而克服现有数值模拟方法中空间固定的流场网格对伞降空投运动范围的限制，并有效减小计算量，实现对伞降空投大范围运动过程快速、高精度的流固耦合数值模拟。

主权项

一种适于伞降空投过程流固耦合数值模拟的自适应网格控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）对空投物伞系统模型和伞衣周围局部空间进行网格划分，并以网格重叠的方式获得整体流固耦合模型；空投物伞系统模型各部件的网格采用拉格朗日物质坐标系描述，具体结构组成和网格类型根据结构各部件受力特点决定；伞衣周围局部空间流场网格采用ALE任意坐标系描述，并对降落伞伞衣附近和尾流区域进行局部网格加密；（2）根据实际空投条件设定相应大气参数，并由空投速度确定伞衣初始外形以及整体流固耦合模型的初始运动速度；（3）在单伞伞绳汇交点或多伞连接绳汇交点处建立ALE参考坐标系实现流场网格的自适应平移、旋转和缩放控制；采用单伞的空投过程为：流场网格的平移速度和方向根据伞绳汇交点的速度矢量确定，流场网格的空间姿态根据伞绳汇交点至降落伞顶孔中心点的失径确定，流场网格的径向缩放根据伞衣投影面积大小确定；采用群伞的空投过程：流场网格的平移速度和方向根据各伞连接绳汇交点的失径确定，流场网格的空间姿态根据投物连接带汇交点至各伞连接绳汇接点的速度矢量确定，流场网格的径向缩放根据各具伞伞衣的投影面积范围确定；流场计算域外表面均设为无反射边界条件，来流速度由流场网格在空间的运动自行产生；（4）以显式时间推进的方法进行流固耦合数值模拟，在每一时间步内，伞衣结构和流场之间的界面耦合力通过罚函数方法或浸侵边界方法进行计算；降落伞在耦合力作用下的变形和运动通过有限元方法求解；伞周围局部流场的变化情况通过有限差分或有限体积方法求解N‑S方程得到。