[發明專利]一種用于噴流時序控制模擬的動態邊界條件切換方法

有效

• 申請號: 202011558034.4
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112528420B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李歡;賈洪印;吳曉軍;周桂宇;張培紅;崔鵬程;張耀冰;李彬;唐靜;陳江濤;張健;龔小權;章超;趙煒
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 綿陽山之南專利代理事務所(普通合伙) 51288
• 代理人: 沈強

本發明公開了提供一種用于噴流時序控制模擬的動態邊界條件切換方法，該方法通過引入發動機喉道過渡流動參數，將動態邊界條件切換的內迭代過程整體分成三個典型階段，在單一物理時間步內實現動態邊界條件切換過程噴管吼道流動參數平緩過渡，解決動態邊界條件切換導致噴流時序控制模擬魯棒性和計算效率難以平衡的問題。該方法可以實現任意時刻多個噴管噴流邊界條件和固壁邊界條件相互動態切換，該方法在單一時間步內實現了邊界條件切換過程噴管吼道壓強平緩過渡，減少了邊界條件切換過程非定常數值模擬的真實時間步數，提高了數值模擬的效率，同時數值模擬的魯棒性得到了保證。

技術領域

本發明涉及數值模擬技術領域，具體涉及到用于噴流時序控制模擬的動態邊界條件高效穩定切換方法。

背景技術

當前噴流控制數值模擬主要為穩態的噴流流場數值模擬，模擬求解過程發動機噴口或者噴管吼道處的數值邊界條件始終設置為噴流邊界條件，不涉及邊界條件切換的問題。雖然瞬態噴流數值模擬求解過程發動機駐室壓強隨時間變化，但數值邊界條件也始終為噴流邊界條件，邊界條件類型沒有發生變化。只要瞬態噴流數值模擬的物理時間步長設置足夠小，就能夠較精確捕獲瞬態非定常物理過程。但對于多個發動機時序控制的非穩態噴流控制模擬，數值模擬周期長，模擬過程更關注噴流對飛行器的控制效果，因此不宜采用計算代價昂貴的物理時間步長設置。但物理時間步長過大會導致動態邊界條件切換時噴管喉道處的流動參數陡變進而導致數值模擬崩潰。因此為了克服噴流時序控制數值模擬魯棒性和計算效率難以平衡的問題，需要探索一種高效魯棒的噴流動態邊界條件切換方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于噴流時序控制模擬的動態邊界條件切換方法，該方法通過引入發動機喉道過渡流動參數，將動態邊界條件切換的內迭代過程整體分成三個典型階段，在單一物理時間步內實現動態邊界條件切換過程噴管吼道流動參數平緩過渡，解決動態邊界條件切換導致噴流時序控制模擬魯棒性和計算效率難以平衡的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種用于噴流時序控制模擬的動態邊界條件切換方法，包括以下步驟：

步驟一：給定噴流控制的飛行器，開展噴流關閉狀態飛行器典型狀態的定常氣動力計算，通過求解定常計算流體力學方程，得到噴流關閉時飛行器噴管喉道處的流動參數(壓強和溫度等)。后續主要以壓強這一流動參數舉例，其它流動參數可通過狀態方程求得。

步驟二：將噴流關閉狀態下飛行器噴管喉道處的流動參數采用指數逼近法進行曲線擬合，得到隨攻角變化的噴流關閉飛行器噴管喉道壓強P⁰(α)，α為攻角。

步驟三：確定動態邊界條件切換時刻飛行器的當地攻角。設Δt為單位時間步長，n_unst為邊界條件動態切換時刻的上一個時間步。則邊界條件動態切換的上一時刻t^n_unst＝n_unst*Δt。設t^n_unst+1時刻為邊界條件動態切換時刻，t^n_unst+1受噴流控制的飛行器俯仰姿態角pitch(t^n_unst+1) 由t^n_unst時刻流體力學和剛體動力學耦合求解，若計算來流攻角為α₀，則t^n_unst+1時刻飛行器的當地攻角α_local(t^n_unst+1)為：

α_local(t^n_unst+1)＝pitch(t^n_unst+1)+α₀。

步驟四：確定發動機喉道過渡流動參數。定義邊界條件動態切換時刻噴流關閉飛行器在當地攻角α_local(t^n_unst+1)下的噴管喉道壓強P⁰(α_local(t^n_unst+1))為過渡壓強p^s：