[發明專利]一種基于空腔多場耦合方程的邊界條件建立方法

有效

• 申請號: 201711488907.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108287948B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 王顯圣;楊黨國;劉俊;周方奇;施傲;楊野
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/10;G06F119/14
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228
• 代理人: 張鳴潔

本發明公開了一種空腔多場耦合方程及邊界條件建立方法，基于空腔流動控制方程式、空腔噪聲控制方程式以及空腔結構振動控制方程式建立空腔多場耦合邊界條件。本發明的有益效果是：本發明從流體力學、氣動聲學以及結構動力學基本原理出發，建立空腔流動/振動/噪聲多場耦合方程，能夠從根源上保證所建立方程的正確性；根據空腔流動、振動和噪聲的耦合特性，建立了空腔多場耦合邊界條件，有利于抓住空腔多場耦合問題的本質與關鍵參數，對于空腔類問題的實驗與數值研究具有積極的指導作用，能夠提高研究效率；建立的空腔多場耦合方程及邊界條件考慮了空腔結構振動問題，使得研究模型更加接近于實際空腔問題，進而提高空腔類問題的模擬能力。

技術領域

本發明涉及流體力學、氣動聲學和結構動力學交叉技術領域，具體的說，是一種基于空腔多場耦合方程的邊界條件建立方法。

背景技術

空腔流動是一種典型的非定常、非線性流動現象，尤其在高速來流條件下，腔內氣體流速較低，腔外氣流速度較高，不同流速氣體之間會在空腔開口區域形成過渡層，該過渡層氣體稱為剪切層。當剪切層撞擊到空腔壁板面時，腔內極易發生流激振蕩現象，產生高強度氣動噪聲，而高強度噪聲環境容易導致空腔結構疲勞，并且改變了空腔流場與聲場的邊界條件，形成空腔流動/振動/噪聲多場耦合問題，顯著增加了問題研究的復雜程度。空腔多場耦合問題對于現代軍用戰機的內埋武器艙、飛行器起落架艙等實際工程應用具有重要意義，而研究空腔多場耦合問題的基礎和關鍵是建立適用于描述空腔流動/振動/噪聲多場耦合的方程式以及多場耦合邊界條件。

目前，空腔流動/振動/噪聲多場耦合問題的復雜程度比空腔單物理場的問題顯著提高，并且空腔多場耦合方程式以及耦合邊界條件并不多見，基于流體力學、氣動聲學、結構動力學基本原理，系統建立空腔多場耦合問題的方程式、提出空腔多場耦合邊界條件，對于進一步提高空腔類問題的研究能力、拓展研究范圍具有重要意義，也能彌補傳統研究手段的不足，這些不足主要體現在三個方面，一是缺乏空腔流動/振動/噪聲多場耦合方程式建立手段，不利于抓住空腔多場耦合問題的主要矛盾，因此增加了研究成本，降低了研究效率；二是缺乏合理有效的空腔多場耦合邊界條件可能導致數值計算結果誤差顯著增加；三是忽略空腔腔壁結構的影響，增加了研究的問題與真實情況的偏差，降低了實驗和數值計算結果對于實際問題的指導能力。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于空腔多場耦合方程的邊界條件建立方法，從流體力學、氣動聲學以及結構動力學基本原理出發，建立空腔流動/振動/噪聲多場耦合方程，能夠從根源上保證所建立方程的正確性；根據空腔流動、振動和噪聲的耦合特性，建立了空腔多場耦合邊界條件，有利于抓住空腔多場耦合問題的本質與關鍵參數，對于空腔類問題的實驗與數值研究具有積極的指導作用，能夠提高研究效率；建立的空腔多場耦合方程及邊界條件考慮了空腔結構振動問題，使得研究模型更加接近于實際空腔問題，進而提高空腔類問題的模擬能力。

本發明通過下述技術方案實現：一種基于空腔多場耦合方程的邊界條件建立方法，其特征在于：基于空腔流動控制方程式、空腔噪聲控制方程式以及空腔結構振動控制方程式建立空腔多場耦合邊界條件。

進一步地，為了更好的實現本發明，具體包括以下步驟：

步驟S1：建立空腔流動控制方程式；具體是指：根據空腔流動基本規律，進行流體力學假設，基于流體力學基本原理，建立空腔流動控制方程式；

步驟S2：建立空腔噪聲控制方程式；具體是指：基于LightHill氣動聲學原理，根據空腔噪聲特點進行氣動聲學假設，定義空腔噪聲參數，建立空腔噪聲控制方程式；

步驟S3：建立空腔結構振動控制方程式；具體是指：基于結構動力學基本原理，根據空腔壁板結構特點，進行結構動力學假設，定義空腔結構參數，建立空腔結構振動控制方程式；

步驟S4：建立空腔多場耦合邊界條件；具體是指：根據空腔流動、噪聲與結構振動的多場耦合特點，開展空腔多場耦合特性分析，在空腔壁板區域，建立空腔多場耦合邊界條件。