[發明專利]一種分離激波振蕩產生的脈動載荷快速預測方法

有效

• 申請號: 202011496925.1
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112577657B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 馬繼魁;劉耀峰;劉松;陳培;陳進
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01L11/00
• 分類號: G01L11/00;G01M10/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 高志瑞

本發明公開了一種分離激波振蕩產生的脈動載荷快速預測方法，該方法包括如下步驟：采用數值模擬方法獲得模型的表面時均壓力載荷分布曲線；采用工程預測公式獲得模型的分離激波振蕩最大偏移量；得到分離激波運動到偏離預設時均位置距離的概率；根據模型的分離激波振蕩最大偏移量得到分離激波運動區域，將分離激波運動區域等分；對表面時均壓力載荷分布曲線按等分的距離剛性平移，生成分離激波運動位置處瞬時壓力曲線；將分離激波運動位置處瞬時壓力曲線在分離激波運動位置處進行樣本統計得到分離激波運動位置處的脈動壓力。本發明具有預測效率高和快速獲取分離激波振蕩引起的脈動壓力分布的優點。

技術領域

本發明屬于氣動預測技術領域，尤其涉及一種分離激波振蕩產生的脈動載荷快速預測方法。

背景技術

飛行器高速飛行過程中，流動分離、膨脹、壓縮、激波振蕩以及湍流附面層都會誘導壓力脈動。大量研究表明，這種脈動壓力環境所誘導的結構的隨機振動與聲振復合環境，會嚴重影響飛行器及其組件結構、工藝和功能的完整性。

飛行器在高速飛行過程中,由物面條件造成的脈動壓力環境稱之為基本脈動壓力環境,主要有兩種模式:一是物面的湍流環境；二是由于物形非連續變化引起的分離、膨脹、壓縮和激波振蕩等，具有明顯的隨機特性。

目前常用的脈動壓力預測方法主要有風洞試驗、數值模擬法和半經驗方法。

風洞試驗是脈動壓力預測最直接可靠的方法，但耗資大，成本高，其成功開展需要一定的條件。隨著計算流體力學(Computational fluid dynamics，CFD)和計算機技術的不斷發展，數值方法逐漸受到青睞。但脈動壓力與流場壓強之間的量級差別使該方法對計算要求十分苛刻,一方面需要很密的網格,另一方面需要低耗散和低色散的格式。

采用基于實驗數據庫和理論分析的半經驗方法是從大量風洞試驗結果中總結歸納而成。最具有代表性并沿用至今的是Robertson等于上世紀70年代提出的經驗公式，針對附體流與分離流均給出了均方根脈動壓力系數、功率譜以及空間相關性的計算方法，但該方法沒有針對分離激波振蕩引起的脈動給出適用的計算公式。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種分離激波振蕩產生的脈動載荷快速預測方法，具有預測效率高和快速獲取分離激波振蕩引起的脈動壓力分布的優點。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：一種分離激波振蕩產生的脈動載荷快速預測方法，所述方法包括如下步驟：步驟一：采用數值模擬方法獲得模型的表面時均壓力載荷分布曲線；步驟二：采用工程預測公式獲得模型的分離激波振蕩最大偏移量；步驟三：根據一個振蕩周期內分離激波腳運動概率分布函數滿足高斯分布，得到分離激波運動到偏離預設時均位置x₀距離為d_i的概率；步驟四：根據模型的分離激波振蕩最大偏移量得到分離激波運動區域[-λ+x₀,λ+x₀]，將分離激波運動區域[-λ+x₀,λ+x₀]等分；對步驟一中的表面時均壓力載荷分布曲線按等分的距離剛性平移，生成分離激波運動位置處瞬時壓力曲線；步驟五：將步驟四中的分離激波運動位置處瞬時壓力曲線在分離激波運動位置處進行樣本統計得到分離激波運動位置處的脈動壓力。

上述分離激波振蕩產生的脈動載荷快速預測方法中，在步驟一中，模型為平板凸起物模型或壓縮拐角模型；數值模擬方法為三維可壓縮Navier-Stokes方程；模型的表面時均壓力載荷分布曲線為

上述分離激波振蕩產生的脈動載荷快速預測方法中，三維可壓縮Navier-Stokes方程為：

其中，為守恒變量，分別為x，y，z三個方向上的無粘通量矢量，分別為x，y，z三個方向上的粘性通量矢量；t為時間，x為直角坐標系流向，y為直角坐標系法向，z為直角坐標系周向。