[發明專利]基于任意拋分網格下粒子搜索技術的飛行器氣動特性確定方法

在審

• 申請號: 201810268232.3
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108710715A
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 黃飛;靳旭紅;韓國璽;程曉麗;俞繼軍
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

基于任意拋分網格下粒子搜索技術的飛行器氣動特性確定方法，(1)采用直接模擬蒙特卡羅方法對飛行器流場計算域進行背景網格劃分，并進行并行流場計算，獲得流場分布參數；(2)任一個并行節點進行如下處理：計算該網格單元的特征尺度與該網格單元局部自由程的比值R，根據R確定該網格單元需要拋分的個數以及能否進行拋分，將能夠進行拋分的網格單元及其拋分個數進行標記并進行全局廣播；(3)所有節點都根據標記信息進行對應網格單元的拋分，并確定原網格單元中粒子與拋分后的網格單元的歸屬，完成一次自適應處理；(4)對網格單元繼續進行全流場的并行計算，判斷流場自適應處理次數是否達到預定值，未達到返回(2)繼續處理，若達到則繼續并行計算直至仿真模擬結束，從而得到飛行器氣動特性規律。

技術領域

本發明涉及基于任意拋分網格下粒子搜索技術的飛行器氣動特性確定方法

背景技術

直接模擬蒙特卡羅(DSMC)方法自出現以來已成功應用于臨近空間高超聲速飛行器、深空探測、衛星技術等航天器稀薄氣體效應下的氣動特性預測問題。然而該方法在模擬過程中有其自身的許多約束，其中網格尺度的要求是其中重要約束之一。這主要是由于在稀薄流區的DSMC方法模擬中，網格的主要作用有兩個方面，一是為了采樣統計出宏觀流場變量，另一方面主要是為了在模擬過程中選取碰撞對。即兩個相互碰撞的分子必須在同一網格中。研究表明，DSMC模擬中必須保證網格尺寸在當地分子自由程的三分之一量級才能有效保證模擬結果的正確性，即在DSMC模擬過程中碰撞對的選取在空間上必須滿足一定的限制，這一要求給DSMC模擬相對較高的密度區域(自由程相對較小)帶來了很大難度，并且在全流場模擬過程中很難保證全流場網格尺寸滿足這一要求。為了保證更接近物理的近距離分子碰撞，網格需要在流場變化劇烈的位置及其進行加密，而自適應加密技術是有效解決此問題的有效途徑。

自適應加密技術在DSMC方法的應用中國內外已開展了大量的研究工作，然而其主要集中于直角網格的研究，少有非結構四面體網格的自適應方法介紹。國際上已形成了許多較為著名的DSMC仿真代碼，其中基于直角網格自適應技術的主要有DAC代碼、SMILE代碼、ICARUS代碼及DS2V/3V代碼。基于非結構四面體網格的MONACO代碼及PDSC代碼，其中非結構四面體網格均未采用自適應技術，需要依據經驗去加密網格，國內關于DSMC方法的研究工作也取得了一定的進展，但自適應網格技術主要以直角網格自適應技術為主，非結構網格技術主要為二維自適應技術。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，根據現有研究DSMC自適應網格技術的需要，提供了基于任意拋分網格下粒子搜索技術的飛行器氣動特性確定方法。

本發明的技術解決方案是：基于任意拋分網格下粒子搜索技術的飛行器氣動特性確定方法，包括以下步驟：

(1)采用直接模擬蒙特卡羅方法對飛行器流場計算域進行背景網格的劃分，并進行并行流場計算，獲得流場分布參數；

(2)任一一個并行節點根據流場分布參數對每一個網格單元進行如下處理：計算該網格單元的特征尺度與該網格單元局部自由程的比值R，根據該比值R確定該網格單元需要拋分的個數以及能否進行拋分，將能夠進行拋分的網格單元及其拋分個數進行標記并進行全局廣播；

(3)其它并行節點接收全局廣播的標記信息，所有節點都根據標記信息進行對應網格單元的拋分，并確定原網格單元中粒子與拋分后的網格單元的歸屬，完成一次自適應處理；

(4)對步驟(3)處理后的網格單元繼續進行全流場的并行計算，判斷流場自適應處理次數是否達到預定值，未達到預定值，返回(2)繼續處理，若達到預定值，則繼續并行計算直至仿真模擬結束，從而得到飛行器氣動特性規律。

進一步的，背景網格尺寸為遠場來流自由程的1-3倍。