[發明專利]面元修正與網格預先自適應計算方法

有效

• 申請號: 201510582632.8
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105183996B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 孫秦;劉祥;劉琳穎;賈歡
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種面元修正與網格預先自適應計算方法，其特征在于，

步驟1，計算不同迎角下機翼部件原剛體氣動載荷數據；

將機翼部件作為剛性幾何體劃分CFD計算的空間網格；所述的空間網格采用非結構網格；計算亞音速時機翼迎角在0°到20°之間的CFD數據，迎角間隔為1°；

提取機翼物面網格節點上的壓力分布數據，得到各機翼物面網格節點上壓力分布，從而確定不同迎角下機翼部件原剛體氣動載荷數據；

步驟2，計算變形剛體氣動載荷數據；

在機翼升力曲線的非線性段選擇一個迎角α_ref，將步驟1中計算得到的該迎角時的氣動載荷加載到機翼上，利用NASTRAN軟件計算得到翼尖的扭轉角；用CAD軟件重新幾何造形以使翼尖扭轉相同的角度且使扭轉角從翼根到翼尖線性變化；再按照步驟1中的方式重新劃分CFD計算網格并實施常規CFD數值計算，提取機翼變形后各翼面網格節點上的壓力分布，得到機翼的變形剛體氣動載荷數據；

步驟3，對升力面的弦平面進行面元網格參數初始化；

采用通用的三次多項式插值法，通過展向三次曲線對機翼展向進行網格點布置；通過弦向三次曲線對機翼弦向進行網格點布置；

對所述展向三次曲線和弦向三次曲線分別進行歸一化；以給定的展向網格點數量范圍、弦向網格點數量范圍和每條三次曲線兩端的斜率值作為約束條件，需初始化的變量為弦向和展向的網格點數量；

步驟4，用幾何算法對機翼弦平面進行面元網格分劃；

根據給定的三次曲線參數及展向網格點數量和弦向網格點數量對機翼弦平面進行面元網格節點布置；

步驟5，面元法計算氣動力矩陣；

通過ZAERO軟件生成氣動力矩陣；具體是，將步驟4得到的網格分布輸入到ZAERO軟件，計算給定飛行狀態下的氣動力影響系數矩陣[AIC]；上述飛行狀態與步驟1中計算CFD數據的飛行狀態一致；

步驟6，采用分段斜率修正面元法對氣動載荷分布進行修正，獲得修正后的載荷分布；

利用步驟1得到的定常剛體CFD計算數據對面元法的氣動力影響系數矩陣[AIC]實施修正，具體是采用公式(5)進行分段線化高精度面元修正：

式中，n為迎角范圍劃分的子區間數目，[WT₁]_i為第i個迎角區間采用斜率修正法得到的修正因子矩陣，[Cor]_i為各面元在第i個迎角區間內的下洗速度值占總下洗速度的比例系數對角矩陣；{W}為無量綱下洗列陣；{C_p}為各面元上的壓差系數列陣；

步驟7，計算CFD數據與修正面元法結果的誤差范數，判斷是否達到收斂條件；

若是，則得到最優網格分布，迭代過程結束；反之采用自適應模擬退火算法更新網格分布參數，更新后轉至步驟4，重復步驟4～步驟6；在重復步驟4～步驟6的過程中不斷獲得新的修正后的載荷分布；對得到的新的修正后的載荷分布通過本步驟計算CFD數據與修正面元法結果的誤差范數，判斷是否達到收斂條件，直至滿足收斂條件。

2.如權利要求1所述面元修正與網格預先自適應計算方法，其特征在于，在確定不同迎角下機翼部件原剛體氣動載荷數據時，翼面采用三角形單元劃分，最小尺度為1mm；附面層用三棱柱網格劃分，共20層，附面層之外的空間網格采用四面體單元；從附面層最內層開始網格尺度以1.2倍的體積比率增長；CFD數據由FLUENT計算，采用耦合壓力基求解器；空氣假設為理想氣體，溫度為300K，參考壓力為海平面大氣壓，湍流模型采用S-A模型，其余參數選擇默認設置。

3.如權利要求1所述面元修正與網格預先自適應計算方法，其特征在于，在對展向布置網格節點時，先對展向三次曲線的橫軸按照展向節點數量進行等距劃分，此時橫軸上各點在三次曲線上對應的縱坐標即表示此節點的展向比例位置，且橫軸正方向代表從機翼翼根到翼尖的方向；在對弦向布置網格節點時，先對弦向三次曲線的橫軸按照弦向節點數量進行等距劃分，此時橫軸上各點在三次曲線上對應的縱坐標即表示此節點的弦向比例位置，且橫軸正方向代表從機翼前緣到后緣的方向。

4.如權利要求1所述面元修正與網格預先自適應計算方法，其特征在于，對于弦向三次曲線，若需要在機翼前緣加密，則應使曲線在(0,0)點的斜率值減?。粚τ谡瓜蛉吻€，若需要在翼尖加密，則應使曲線在(1,1)點的斜率值減?。蝗粢捎镁鶆騽澐中问?，則只需要將(0,0)、(1,1)處的斜率值均設為1即可。