[發(fā)明專利]基于PNS計算流場的高速邊界層轉(zhuǎn)捩快速預示方法和系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110573647.3 | 申請日： | 2021-05-25 |
| 公開（公告）號： | CN113468656B | 公開（公告）日： | 2023-04-14 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 段毅;姚世勇;黃建棟;趙良;饒彩燕;楊攀;范月華;段會申;史文東;余平;周乃楨;苗萌;劉元春;張艷紅;姚應(yīng)權(quán);才睿 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所 |
| 主分類號： | G06F30/15 | 分類號： | G06F30/15;G06F30/23;G06F30/28 |
| 代理公司： | 中國航天科技專利中心 11009 | 代理人： | 張歡 |
| 地址： | 100076 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 pns 計算 高速 邊界層 轉(zhuǎn)捩 快速 預示 方法 系統(tǒng) | ||
一種基于PNS計算流場的高速邊界層轉(zhuǎn)捩快速預示方法，包括步驟如下：S1：截取飛行器頭部網(wǎng)格，采用數(shù)值模擬方法獲取飛行器頭部的NS方程層流流場；S2：提取飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的流場信息，包括飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的點坐標及相應(yīng)的流場速度在直角坐標系下的三個速度分量，出口截面的溫度、壓力；S3：將飛行器頭部出口截面流場作為PNS接續(xù)計算的入口條件，進行PNS空間推進計算；S4：采用基于線性穩(wěn)定性理論的esupgt;N/supgt;方法，對飛行器頭部下游的PNS層流流場進行轉(zhuǎn)捩預示。本發(fā)明能夠?qū)︼w行器在不同彈道狀態(tài)下的轉(zhuǎn)捩特性進行快速準確地預示，在滿足預示精度的前提下，提升飛行器的轉(zhuǎn)捩預示效率，支撐彈道、氣動力與熱防護設(shè)計。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高速邊界層轉(zhuǎn)捩快速預示方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)
飛行器隨著飛行高度降低，來流雷諾數(shù)增大，飛行器表面必然經(jīng)歷邊界層轉(zhuǎn)捩。高速邊界層由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧骱螅w行器表面的摩擦阻力和熱流急劇增加，這將對飛行器的氣動力/熱產(chǎn)生重要影響，進而影響著飛行器的飛行效率和飛行安全。準確快速預示邊界層轉(zhuǎn)捩，關(guān)系到飛行成敗、影響飛行器設(shè)計全局的關(guān)鍵問題。基于線性穩(wěn)定性理論的eN方法對計算流場品質(zhì)具有較高的要求，流場品質(zhì)決定了轉(zhuǎn)捩預示精度。然而，基于無粘假設(shè)的Euler方程數(shù)值方法難以滿足流場的計算精度需求，求解完全Navier-Stokes(NS)方程數(shù)值方法則效率較低，制約了eN轉(zhuǎn)捩預示方法在工程中的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提出一種基于PNS計算流場的高速邊界層轉(zhuǎn)捩快速高效的預示方法和系統(tǒng)，能夠?qū)︼w行器在不同彈道狀態(tài)下的轉(zhuǎn)捩特性進行快速準確地預示，在滿足預示精度的前提下，提升飛行器的轉(zhuǎn)捩預示效率，支撐彈道、氣動力與熱防護設(shè)計。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于PNS計算流場的高速邊界層轉(zhuǎn)捩快速預示方法，包括步驟如下：
S1：截取飛行器頭部網(wǎng)格，采用數(shù)值模擬方法獲取飛行器頭部的NS方程層流流場；
S2：提取飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的流場信息，包括飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的點坐標及相應(yīng)的流場速度在直角坐標系下的三個速度分量，出口截面的溫度、壓力；
S3：將飛行器頭部出口截面流場作為PNS接續(xù)計算的入口條件，進行PNS空間推進計算；
S4：采用基于線性穩(wěn)定性理論的eN方法，對飛行器頭部下游的PNS層流流場進行轉(zhuǎn)捩預示。
S1中，在對飛行器頭部進行截取時，截取距離沿流向方向需要保證頭部出口速度達到超聲速。
S2中，飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的流場信息的提取方法可采用如下兩種方法中的任一種：
第一種方法為：編寫程序讀取飛行器頭部的網(wǎng)格與流場信息，輸出流向最大網(wǎng)格點處的空間流場。
第二種方法為：將飛行器頭部NS層流流場結(jié)果導入Tecplot軟件中，計算飛行器頭部的相關(guān)物理量，相關(guān)物理量包括飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的點坐標及相應(yīng)的流場速度在直角坐標系下的三個速度分量，出口截面的溫度、壓力；然后提取出口截面流場，最后輸出出口截面流場信息。
一種基于PNS計算流場的高速邊界層轉(zhuǎn)捩快速預示系統(tǒng)，包括：
第一模塊，截取飛行器頭部網(wǎng)格，采用數(shù)值模擬方法獲取飛行器頭部的NS方程層流流場；
第二模塊，提取飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的流場信息，包括飛行器頭部網(wǎng)格出口截面的點坐標及相應(yīng)的流場速度在直角坐標系下的三個速度分量，出口截面的溫度、壓力；
第三模塊，將飛行器頭部出口截面流場作為PNS接續(xù)計算的入口條件，進行PNS空間推進計算；
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