CN106971043B - 一种嵌套网格的建立方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种嵌套网格的建立方法及装置，该方法包括：生成当前部件的表面结构化网格；生成当前部件的三维结构化网格；判断网格点是否进入相邻部件的几何内部；若是，则将该网格点确定为几何内点，否则确定为正常网格点；将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点；将与相邻部件网格发生交叉的当前部件远场边界点确定为网格交叉点；确定网格交叉点在相邻部件三维结构化网格中的归属网格位置；根据网格交叉点的归属网格位置，确定网格交叉点与相邻部件网格之间的流场传递关系。本发明实施例快速简便地甄别不同部件网格之间的嵌套关系，准确有效地确定网格交叉点与相邻部件网格之间的流场传递关系，可分析由任意机身机翼部件组合而成的飞机构型流场信息传递方式。

Description

一种嵌套网格的建立方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及气动设计技术，尤其涉及一种利用嵌套网格的方法及装置。
背景技术
对于飞机总体气动设计而言，一个基本要素就是对飞机各种不同构型方案进行快速准确的流场特性分析。随着计算流体力学(Computational FluidDynamics，CFD)技术的不断发展，很多商用成熟软件都已经广泛应用于飞机设计的工程实践中，但大多数软件在流场分析之前，都需要读入由第三方网格生成软件建立的计算网格，而建立一套高质量网格往往需要耗费较长时间。
目前有一类嵌套结构化网格技术是根据各个模型几何特点生成相应的贴体正交网格。其中，主部件网格作为背景流场网格，该网格范围足够大，可以将各子部件网格全部包含，各子部件流场只与背景流场进行数据传递。其优点是网格质量好，非常有利于流场求解。
上述嵌套结构化网格技术的缺点是：甄别不同部件的网格之间嵌套关系的方法复杂，不易获取部件之间的流场传递数据，不适用于没有明确主部件的组合体。
发明内容
本发明实施例提供一种嵌套网格的方法及装置，可以简便地甄别不同部件的网格之间嵌套关系，准确地获取部件之间的流场传递数据，适用于由任意机身机翼部件组合而成的飞机构型。
第一方面，本发明实施例提供了一种嵌套网格的建立方法，用于包括至少两个部件的构型的嵌套网格分析，包括：
参数化当前部件的几何外形，并生成所述当前部件的表面结构化网格；
根据所述当前部件表面结构化网格生成所述当前部件的三维结构化网格；
针对所述当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断所述网格点是否进入相邻部件的几何内部，若是，则将该网格点确定为几何内点，否则确定为正常网格点；
将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点；
确定所述网格交叉点在所述相邻部件三维结构化网格中的归属网格位置；
根据所述网格交叉点的归属网格位置，确定所述网格交叉点与所述相邻部件网格之间的流场传递关系。
第二方面，本发明实施例还提供了一种嵌套网格的建立装置，用于为包括至少两个部件的构型建立流场计算网格，包括：
表面结构化网格生成模块，用于参数化当前部件的几何外形，并生成所述当前部件的表面结构化网格；
三维结构化网格生成模块，用于根据所述当前部件表面结构化网格生成所述当前部件的三维结构化网格；
几何内点和正常网格点判断模块，用于针对所述当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断所述网格点是否进入相邻部件的几何内部，若所述网格点进入相邻部件的几何内部，则将该网格点确定为几何内点，否则确定为正常网格点；
网格交叉点判断模块，用于将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点，与相邻部件网格发生交叉的当前部件远场边界点确定为网格交叉点；
网格交叉点归属网格位置确定模块，用于确定所述网格交叉点在所述相邻部件三维结构化网格中的归属网格位置；
流场传递关系确定模块，用于根据所述网格交叉点的归属网格位置，确定所述网格交叉点与所述相邻部件网格之间的流场传递关系。
本发明实施例通过判断网格点是否进入相邻部件的几何内部，快速简便地甄别不同部件的网格之间嵌套关系，根据网格交叉点的归属网格位置，准确有效地确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系，通过两个相邻的部件为一组分析部件网格之间的嵌套关系，可分析由任意机身机翼部件组合而成的飞机构型流场传递关系。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种嵌套网格的建立方法流程图；
图2a是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中三维机身前段结构化网格生成的椭球体坐标系；
图2b是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中三维机身后段结构化网格生成的圆柱体坐标系；
图3a是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中机翼结构化网格生成的保角变换法物理域；
图3b是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中机翼结构化网格生成的保角变换法参考域；
图4是本发明实施例二提供的一种嵌套网格的建立方法流程图；
图5是本发明实施例二提供的用于嵌套网格的建立方法中进入机身部件几何内点甄别方法示意图；
图6是本发明实施例三提供的一种嵌套网格的建立方法流程图；
图7是本发明实施例三提供的用于嵌套网格的建立方法中进入机翼部件几何内点甄别方法示意图；
图8是本发明实施例四提供的一种嵌套网格的建立方法流程图；
图9是本发明实施例四提供的用于嵌套网格的建立方法中网格交叉点定位示意图；
图10是本发明实施例五提供的一种嵌套网格的建立方法流程图；
图11是本发明实施例五提供的用于嵌套网格的建立方法中网格交叉点流场数据传递示意图；
图12是本发明实施例六提供的一种嵌套网格的建立装置流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
为了便于理解技术方案，首先将嵌套网格技术相关术语进行介绍：结构化网格：排列有序且相邻节点位置关系明确的网格，例如六面体网格；几何内点：空间中进入了模型几何内部的网格点；网格交叉点：用于不同模型网格间流场数据传递的点，例如空间中与几何内点相邻的正常网格点及与相邻部件网格发生交叉的当前部件远场边界点。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种嵌套网格的建立方法流程图，图2a是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中三维机身前段结构化网格生成的椭球体坐标系，图2b是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中三维机身后段结构化网格生成的圆柱体坐标系，图3a是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中机翼结构化网格生成的保角变换法物理域，图3b是本发明实施例一提供的用于嵌套网格的建立方法中机翼结构化网格生成的保角变换法参考域。
本实施例可适用于为包括至少两个部件的飞机构型建立流场计算网格，尤其适用于航空设计领域的气动设计。该方法可以由嵌套网格的建立装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件方式实现，该装置可以集成在任何提供仿真的设备中，例如典型的是各种计算机设备，如台式机或大型计算机等。该方法包括：
S101、参数化当前部件的几何外形，并生成当前部件的表面结构化网格。
将当前部件的几何外形用参数表示，例如对翼身组合体构型来说，若以飞机机身作为当前部件进行分析，则将飞机机身几何由一系列从机头到机尾方向的截面数据点描述，若以飞机机翼作为当前部件进行分析，则将机翼几何由沿翼展方向上的翼型截面数据点描述。可以采用基于泰勒级数展开的三阶样条方法拟合当前部件的表面结构化网格。
S102、根据当前部件表面结构化网格生成当前部件的三维结构化网格。
本实施例以翼身组合体构型为例，提供贴体且正交的三维结构化网格自动生成方式，目前常用的3种贴体正交三维结构化网格生成方法是代数网格生成法、椭圆型方程网格生成法以及保角变换网格生成法。
如图2a及图2b所示，以机身作为当前部件时，首先需要将已经得到的机身的表面结构化网格转换到一种混合椭球体和圆柱体坐标正交网格生成系统，这两个坐标系统由x轴线方向上的分界线区分。图中p1及p2为常数，r为变量，r取1时对应于当前部件表面结构化网格，通过逐渐增大r外推生长出三维结构化网格，图2a中的θ及为椭球面参数方程的参数，图2b中的为圆柱面参数方程的参数。之所以引入椭球体坐标系是因为其有利于模拟机头部分相对复杂的几何形态，从而保证生成的三维结构化网格具有很好的正交和贴体特征。
如图3a及图3b所示，以机翼作为当前部件时，机翼三维结构化网格则是由一系列沿展向的二维翼型结构化网格组合而成。这里二维翼型结构化网格可以采用C-H拓扑结构，并通过双曲函数保角变换方法将二维翼型表面结构化网格从真实的物理域xy坐标转换到参考域uv坐标，图3a物理域上的A、B、C、D、E、F、G及O网格点与图3b参考域上的A、B、C、D、E、F、G及O网格点一一对应，保角变换可以把不规则边界的物理域变换成规则边界的参考域，再在参考域中插值生成全流场网格再变换回物理域，例如，在图3b的参考域中，由C点及D点插值出pi,f点，由O点及G点插值出pi,s点，再由pi,f点及pi,s点插值出pi,j点，或者，由C点及O点插值出pl.e.,j点，由E点及G点插值出pt.e.,j点，再由pl.e.,j点及pt.e.,j点插值出pi,j点，然后pi,j点变换到图3a的物理域中的P点。这种方式生成的三维结构化网格具有很好的正交性和贴体性。
S103、针对当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断网格点是否进入相邻部件的空间内部；若是，执行S105，若否，执行S104。
由于当前部件的三维结构化网格是根据当前部件特定的几何形态生成的，因此当前部件三维结构化网格的一些网格点就有可能进入相邻部件的几何内部，在判断出当前部件三维结构化网格的网格点是否进入相邻部件的几何内部后，才能利用当前部件三维结构化网格的网格点分析当前部件的流场以及当前部件与相邻部件的网格之间流场传递关系。
以翼身组合体构型为例，若当前部件为机身、相邻部件为机翼，判断机身三维结构化网格的网格点是否进入机翼的几何内部，考虑到机翼三维结构化网格的几何形态和生成方式，可根据机身三维结构化网格的网格点与其在机翼表面的投影点构成的向量方向来判断；若当前部件为机翼、相邻部件为机身，判断机翼三维结构化网格的网格点是否进入机身的几何内部，考虑到机身三维结构化网格的几何形态和生成方式，可根据机翼三维结构化网格的网格点与其所在截面的原点构成的线段长度来判断。
若网格点进入相邻部件的几何内部则执行S105，若网格点未进入相邻部件的几何内部则执行S104。
S104、将该网格点确定为正常网格点。
例如以机身作为当前部件、机翼为相邻部件，若机身三维结构化网格的网格点未进入机翼的几何内部，则将该机身三维结构化网格的网格点确定为机身的正常网格点。
S105、将该网格点确定为几何内点，将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点。
例如以机身作为当前部件、机翼为相邻部件，若机身三维结构化网格的网格点进入机翼的几何内部，则将该机身三维结构化网格的网格点确定为机身的几何内点，除此之外，还需追加完全被几何内点包围的网格点为几何内点以避免漏判。判断出当前部件三维结构化网格所有的几何内点之后，将与几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点。几何内点因为进入相邻部件的几何内部，不可作为流场计算过程中不同部件三维结构化网格之间的数据传递边界，不可用于不同部件三维结构化网格之间流场数据的传递，网格交叉点可作为流场计算过程中不同部件三维结构化网格之间的数据传递边界，可用于不同部件三维结构化网格之间流场数据的传递。
进一步地，若当前部件三维结构化网格远场边界与相邻部件结构化网格发生交叉，则定义当前部件的远场边界点为网格交叉点。
以翼身组合体构型为例，若当前部件为机翼、相邻部件为机身，判断机翼部件的远场边界点是否与机身三维结构化网格发生交叉，如果发生交叉则这些远场边界点也需定义为网格交叉点。
现有嵌套网格技术以主部件网格为背景流场网格，要求主部件网格包含各子部件网格，各子部件流场只与背景流场进行数据传递，与之相比，本实施例中各个部件网格间的流场数据可以自由传递，不要求某一部件的网格包含其他所有部件的网格，相邻部件的网格可以比主部件网格更小更精确，利用网格交叉点能更加准确地分析各个部件网格之间流场数据的传递。
S106、确定网格交叉点在相邻部件三维结构化网格中的归属网格位置。
根据当前部件的网格交叉点位置以及当前部件与相邻部件的相对位置，可确定网格交叉点在相邻部件三维结构化网格中的归属网格位置，从而在流场计算过程中获取相邻部件的流场数据进行数据交换。
S107、根据网格交叉点的归属网格位置，确定网格交叉点与相邻部件网格之间的流场传递关系。
相邻部件中的归属网格可以包含多个顶点，确定了当前部件网格交叉点在相邻部件归属网格的位置，也就同时确定了相邻部件的归属网格的各个顶点相对当前部件网格交叉点的位置。因为相邻部件的归属网格的各个顶点跟当前部件网格交叉点的距离不同，对当前部件网格交叉点的影响不同，一般顶点离网格交叉点越近，其对网格交叉点的影响越大，其在分析网格交叉点与相邻部件之间的流场传递关系时权重越大。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例可用于建立并分析两个以上的部件组成的飞机构型网格，在分析多个部件的网格之间的嵌套关系时，可将两个相邻部件作为一组，逐组进行分析。在分析每组网格之间的嵌套关系时，以翼身组合体为例，可以先以机身作为当前部件机翼作为相邻部件进行分析，再以机翼作为当前部件机身作为相邻部件进行分析。
本实施例通过判断网格点是否进入相邻部件的几何内部，快速简便地甄别不同部件的网格之间嵌套关系，根据网格交叉点的归属网格位置，准确有效地确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系，通过两个相邻的部件为一组分析部件的网格之间的嵌套关系，可分析由任意机身机翼部件组成的飞机构型流场传递关系。
实施例二
图4是本发明实施例二提供的一种嵌套网格的建立方法流程图，图5是本发明实施例二提供的用于嵌套网格建立方法中进入机身部件几何内点甄别方法示意图。实施例二以上述实施例为基础，优选是，将针对当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断网格点是否进入相邻部件的几何内部，优化为，判断网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；若在长方体范围内，则根据网格点的x坐标，定位对应的相邻部件y-z截面；计算网格点与相邻部件y-z截面的原点的连接线与z轴的夹角；沿着夹角的方向并根据相邻部件表面结构化网格插值出半径；如果网格点与相邻部件y-z截面原点的连接线长度小于半径的长度，则将网格点确定为进入相邻部件的几何内部。
本实施例提供的嵌套网格的建立方法包括：
S201、参数化当前部件的几何外形，并生成当前部件的表面结构化网格。
S202、根据当前部件表面结构化网格生成当前部件的三维结构化网格。
进一步地，当前部件为机身或机翼，相邻部件为机身。
某些飞机可能有多个并列的机身，当前部件可以是其中一个机身，相邻部件可以是另一个机身。不同的相邻部件可能有不同的几何外形或由不同的方法生成，对应的判断当前部件三维结构化网格的网格点是否进入相邻部件的几何内部的方法不同。下面给出判断网格点是否进入机身的空间内部的方法。
S203、判断网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；若是，执行S205，若否，执行S204。
根据机身部件表面结构化网格近似圆柱面的特点，这里提出一种根据半径长短判断一个机翼网格点是否进入机身几何内部的方法。如图5所示，假设机翼三维结构化网格中存在任意一点P：判断P点是否在由机身表面结构化网格x,y,z坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内，若在该范围内则执行S205，若不在该范围内则执行S204。
S204、将该网格点确定为正常网格点。
S205、根据网格点的x坐标，定位对应的相邻部件y-z截面；计算网格点与相邻部件y-z截面的原点的连接线与z轴的夹角；沿着夹角的方向并根据相邻部件表面结构化网格插值出半径；判断网格点与相邻部件y-z截面原点的连接线长度是否小于半径的长度；若是，执行S206，若否，执行S204。
如果P点在由机身表面结构化网格x,y,z坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内，则根据该点x坐标定位与之相应的在机身y-z方向上的截面；计算P点与该截面原点O连接线与z轴夹角沿着夹角方向并根据机身表面结构化网格数据插值出半径长R；如果PO线段长度r小于R值，则执行S206，如果PO线段长度r不小于R值则执行S204。
本领域技术人员可以理解的是，只要相邻部件近似圆柱面，都可以采用上述方法判断当前部件的网格点是否进入相邻部件的几何内部。
S206、将该网格点确定为几何内点，将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点。
S207、确定网格交叉点在相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置。
S208、根据网格交叉点的归属网格位置，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
本实施例针对近似圆柱面的相邻部件，通过比较当前部件的网格点到截面原点的长度与相邻部件相应表面网格点到截面原点的长度，能够方便且准确地判断出当前部件的网格点是否进入相邻部件的几何内部。
实施例三
图6是本发明实施例三提供的一种嵌套网格的建立方法流程图，图7是本发明实施例三提供的用于嵌套网格的建立方法中进入机翼部件几何内点甄别方法示意图。实施例三以上述实施例为基础，优选是，将针对当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断网格点是否进入相邻部件的几何内部，优化为，判断网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；若在长方体范围内，则确定网格点在相邻部件几何上表面的第一投影点；确定第一投影点到网格点的第一向量和第一投影点的表面外法线的第二向量；若第一向量和第二向量的向量积为负值，则确定网格点在相邻部件几何下表面的第二投影点；确定第二投影点到网格点的第三向量和第二投影点的表面外法线的第四向量；若第三向量和第四向量的向量积为负值，则将网格点确定为进入相邻部件的几何内部。
本实施例提供的嵌套网格的建立方法包括：
S301、参数化当前部件的几何外形，并生成当前部件的表面结构化网格。
S302、根据当前部件表面结构化网格生成当前部件的三维结构化网格。
进一步地，当前部件为机身或机翼，相邻部件为机翼。
飞机可能有多个相互靠近的机翼，当前部件可以是其中一个机翼，相邻部件可以是另一个机翼。下面给出判断网格点是否进入机翼的空间内部的方法。
S303、判断网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；若是，执行S305，若否，执行S304。
根据机翼部件表面结构化网格扁平化的特点，本实施例提出一种根据向量方向判断一个机身网格点是否进入机翼部件几何内部的方法。如图7所示，假设机身网格中存在任意一网格点P：判断P点是否在由机翼表面结构化网格x,y,z坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内，如果不在该范围内，则为机身的正常网格点，执行S304；如果在该范围内，则执行S305。
S304、将该网格点确定为正常网格点。
S305、确定网格点在相邻部件几何上表面的第一投影点；确定第一投影点到网格点的第一向量和第一投影点的表面外法线的第二向量；判断第一向量和第二向量的向量积是否为负值；若是，执行S306，若否，执行S304。
首先找到P点在机翼几何上表面的第一投影点s1；计算投影点s1到网格点P的第一向量v1和投影点s1的表面外法线的第二向量n1；判断v1和n1向量积是否为负，即两个向量是否指向相反方向；如果两者向量积为负，则执行S306，如果两者向量积不为负值则执行S304。
S306、确定网格点在相邻部件几何下表面的第二投影点；确定第二投影点到网格点的第三向量和第二投影点的表面外法线的第四向量；判断第三向量和第四向量的向量积是否为负值；若是，执行S307，若否，执行S304。
再找到P点在机翼几何下表面的第二投影点s2；计算投影点s2到网格点P的第三向量v2和投影点s2的表面外法线的第四向量n2；判断v2和n2向量积是否为负，即两个向量是否指向相反方向；如果第三向量和第四向量的向量积依旧为负，则该机身网格点为几何内点，执行S307，如果第三向量和第四向量的向量积不是负值则执行S304。只要两个向量积均为负时对应的网格点为几何内点，两个向量积为其他情况对应的网格点为正常网格点。
本领域技术人员可以理解的是，只要相邻部件为扁平状，都可以采用上述方法判断当前部件的网格点是否进入相邻部件的空间内部。
S307、将该网格点确定为几何内点，将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点。
S308、确定网格交叉点在相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置。
S309、根据网格交叉点的归属网格位置，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
本实施例针对扁平状的相邻部件，通过计算当前部件的网格点到相邻部件上下表面的投影点分别与上下表面投影点表面外法线的向量积，能够方便且准确地判断出当前部件的网格点是否进入相邻部件的几何内部。
实施例四
图8是本发明实施例四提供的一种嵌套网格的建立方法流程图，图9是本发明实施例四提供的用于嵌套网格的建立方法中网格交叉点定位示意图。实施例四以上述实施例为基础，优选是，将确定网格交叉点在相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置，优化为，确定相邻部件的三维结构化网格中包含网格交叉点的六面体；将六面体中点作为网格交叉点的初始猜想位置；若网格交叉点的初始猜想位置与网格交叉点的间距大于阈值，则采用八分法将六面体均分为六面体子结构；定位网格交叉点所在的六面体子结构。
进一步地，网格为六面体网格，网格点为六面体网格的顶点。
本实施例提供的嵌套网格的建立方法适用于建立部件的四面体、三棱柱或六面体网格等任意多面体网格。本实施例根据上述实施例中翼身组合体构型的特点，优选地，分别为翼身组合体的机身和机翼建立六面体网格，机身六面体网格的顶点为机身网格点，机翼六面体网格的顶点为机翼网格点。
本实施例提供的嵌套网格的建立方法包括：
S401、参数化当前部件的几何外形，并生成当前部件的表面结构化网格。
S402、根据当前部件表面结构化网格生成当前部件的三维结构化网格。
S403、针对当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断网格点是否进入相邻部件的空间内部；若是，执行S405，若否，执行S404。
S404、将该网格点确定为正常网格点。
S405、将该网格点确定为几何内点，将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点。
S406、确定相邻部件的三维结构化网格中包含网格交叉点的六面体；将六面体中点作为网格交叉点的初始猜想位置；若网格交叉点的初始猜想位置与网格交叉点的间距大于阈值，则采用八分法将六面体均分为六面体子结构；定位网格交叉点所在的六面体子结构。
为了确定相邻部件的三维结构化网格的网格点与当前部件的网格交叉点之间的流场传递关系，需要确定网格交叉点在相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置，而相邻部件的三维结构化网格有很多个，虽然通过计算相邻部件各个三维结构化网格的中点与当前部件网格交叉点的距离，距离最近的相邻部件的三维结构化网格即为当前部件网格交叉点的归属网格位置，但计算量太大。
本实施例以三维结构化网格为六面体网格的相邻部件为例，介绍确定网格交叉点在相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置的方法。如图9所示，假设相邻部件三维结构化网格中存在当前部件的网格交叉点P：确定在ABCDEFGH这8个点组成的相邻部件的六面体里面；设置该六面体中点P0为初始猜想位置；如果P点与P0点间距大于阈值，则采用八分法将该六面体均分为六面体子结构；相应地，定位P点所在的六面体子结构并将该六面体子结构中心重新定位为新的猜想位置P*；重复上述操作直至P点与猜想位置间距小于阈值，这时对应的相邻部件的三维结构化网格的六面体网格为当前部件网格交叉点的归属网格位置。
S407、根据网格交叉点的归属网格位置，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
本实施例通过将包含网格交叉点的六面体均分，逐次缩小六面体范围并逼近网格交叉点的归属网格位置，减小了计算量，节省了时间。
实施例五
图10是本发明实施例五提供的一种嵌套网格的建立方法流程图，图11是本发明实施例五提供的用于嵌套网格建立方法中网格交叉点流场数据传递示意图。实施例五以上述实施例为基础，将根据网格交叉点的归属网格位置，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系，优化为，根据网格交叉点的归属网格位置及归属网格的顶点的类型，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
本实施例提供的嵌套网格的建立方法包括：
S501、参数化当前部件的几何外形，并生成当前部件的表面结构化网格。
S502、根据当前部件表面结构化网格生成当前部件的三维结构化网格。
S503、针对当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断网格点是否进入相邻部件的几何内部，若是，执行S505，若否，执行S504。
S504、将该网格点确定为正常网格点。
S505、将该网格点确定为几何内点，将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点。
S506、确定网格交叉点在相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置。
S507、根据网格交叉点的归属网格位置及归属网格的顶点类型，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
当前部件网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系，跟当前部件网格交叉点在相邻部件中的归属网格有关，具体跟网格交叉点在归属网格中的位置及归属网格的顶点类型有关。
当归属网格确定了，归属网格的顶点类型也就确定了。相邻部件中的归属网格的顶点的类型有相邻部件正常网格点、相邻部件网格交叉点及相邻部件几何内点，只有相邻部件正常网格点及相邻部件网格交叉点能传递流场数据，相邻部件几何内点不能传递流场数据。图11为网格交叉点流场数据传递示意图，p点为当前部件的网格交叉点，被归属六面体网格包围，该六面体网格可能有四种类型，第一种六面体网格类型的8个顶点都是相邻部件几何内点，这种类型的六面体网格不能向p点传递流场数据，这种情形一般不会出现，但在两种不同部件的几何连接处，如机翼机身连接位置，由于计算机误差的影响可能会发生，可通过调整网格参数重新建立网格以避免这种情况出现，第二种六面体网格类型存在几何内点和网格交叉点，第三种六面体网格类型存在网格交叉点和正常网格点，第四种六面体网格类型全部为正常网格点，第二、三、四中六面体网格类型中正常网格点和交叉网格点向p点传递流场数据。
当网格交叉点在归属网格中的位置确定了，归属网格的各个顶点相对于网格交叉点的位置也就确定了。以归属网格的网格交叉点及正常网格点相对于当前部件网格交叉点的位置作为权重分别乘以归属网格的网格交叉点及正常网格点的流场数据，再求和便得网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系，归属网格中离当前部件网格交叉点近的相邻部件网格交叉点或相邻部件正常网格点对网格交叉点的影响大。
本实施例根据网格交叉点的归属网格位置及归属网格的顶点的类型，能够方便、有效且准确地确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
实施例六
图12是本发明实施例六提供的一种嵌套网格的建立装置流程图，该装置用于执行上述实施例中的嵌套网格的建立方法。该装置包括：表面结构化网格生成模块601、三维结构化网格生成模块602、几何内点和正常网格点判断模块603、网格交叉点判断模块604、网格交叉点归属网格位置确定模块605及流场传递关系确定模块606。
表面结构化网格生成模块601，用于参数化当前部件的几何外形，并生成当前部件的表面结构化网格。
三维结构化网格生成模块602，用于根据当前部件表面结构化网格生成当前部件的三维结构化网格。
几何内点和正常网格点判断模块603，用于针对当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断网格点是否进入相邻部件的几何内部，若网格点进入相邻部件的几何内部，则将该网格点确定为几何内点，否则确定为正常网格点。
网格交叉点判断模块604，用于将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点。进一步地，若当前部件三维结构化网格远场边界与相邻部件结构化网格发生交叉，则将当前部件的远场边界点确定为网格交叉点。
网格交叉点归属网格位置确定模块605，用于确定网格交叉点在相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置。
流场传递关系确定模块606，用于根据网格交叉点的归属网格位置，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
本实施例通过判断网格点是否进入相邻部件的几何内部，快速简便地甄别不同部件的网格之间嵌套关系，根据网格交叉点的归属网格位置，准确有效地确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系，通过两个相邻的部件为一组分析部件网格之间的嵌套关系，可分析组合体任意部件的网格相互之间的流场传递数据。
进一步地，网格为六面体网格，网格点为六面体网格的顶点。
进一步地，当前部件为机翼，相邻部件为机身，判断模块603具体用于：判断网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；若在长方体范围内，则根据网格点的x坐标，定位对应的相邻部件y-z截面；计算网格点与相邻部件y-z截面的原点的连接线与z轴的夹角；沿着夹角的方向并根据相邻部件表面结构化网格插值出半径；如果网格点与相邻部件y-z截面的原点的连接线的长度，小于半径的长度，则将网格点确定为进入相邻部件的空间内部。
本实施例针对表面近似圆柱面的相邻部件，通过比较当前部件的网格点到截面原点的长度与相邻部件相应表面网格点到截面原点的长度，能够方便且准确地判断出当前部件的网格点是否进入相邻部件的空间内部。
进一步地，当前部件为机身，相邻部件为机翼，判断模块603具体用于：判断网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；若在长方体范围内，则确定网格点在相邻部件几何上表面的第一投影点；确定第一投影点到网格点的第一向量和第一投影点的表面外法线的第二向量；若第一向量和第二向量的向量积为负值，则确定网格点在相邻部件几何下表面的第二投影点；确定第二投影点到网格点的第三向量和第二投影点的表面外法线的第四向量；若第三向量和第四向量的向量积为负值，则将网格点确定为进入相邻部件的空间内部。
本实施例针对扁平状的相邻部件，通过计算当前部件的网格点到相邻部件上下表面的投影点分别与上下表面投影点表面外法线的向量积，能够方便且准确地判断出当前部件的网格点是否进入相邻部件的空间内部。
进一步地，网格交叉点归属网格位置确定模块606具体用于：确定相邻部件的三维结构化网格中包含网格交叉点的六面体；将六面体中点作为网格交叉点的初始猜想位置；若网格交叉点的初始猜想位置与网格交叉点的间距大于阈值，则采用八分法将六面体均分为六面体子结构；定位网格交叉点所在的六面体子结构。
本实施例通过将包含网格交叉点的六面体均分，逐次缩小六面体范围并逼近网格交叉点的归属网格位置，减小了计算量，节省了时间。
进一步地，流场传递关系确定模块607具体用于：根据网格交叉点的归属网格位置及归属网格的顶点的类型，确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
本实施例根据网格交叉点的归属网格位置及归属网格的顶点的类型，能够方便、有效且准确地确定网格交叉点与相邻部件的网格之间的流场传递关系。
本发明实施例所提供的嵌套网格的建立装置可用于执行本发明任意实施例所提供的嵌套网格的建立方法，具备执行该方法相应的功能和有益效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种嵌套网格的建立方法，用于为包括至少两个部件的构型建立流场计算网格，其特征在于，每个部件的嵌套网格建立过程包括：
参数化当前部件的几何外形，并生成所述当前部件的表面结构化网格；
根据所述当前部件表面结构化网格生成所述当前部件的三维结构化网格；
针对所述当前部件三维结构化网格中的每个网格点，判断所述网格点是否进入相邻部件的几何内部；
若是，则将该网格点确定为几何内点，否则确定为正常网格点；
将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点；
确定所述网格交叉点在所述相邻部件三维结构化网格中的归属网格位置；
根据所述网格交叉点的归属网格位置，确定所述网格交叉点与所述相邻部件的三维结构化网格之间的流场传递关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网格为六面体网格，所述网格点为六面体网格的顶点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，判断所述网格点是否进入相邻部件的几何内部包括：
判断所述网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；
若在所述长方体范围内，则根据所述网格点的x坐标，定位对应的相邻部件y-z截面；
计算所述网格点与所述相邻部件y-z截面的原点的连接线与z轴的夹角；
沿着所述夹角的方向并根据所述相邻部件表面结构化网格插值出半径；
如果所述网格点与所述相邻部件y-z截面原点的连接线长度小于所述半径的长度，则将所述网格点确定为进入相邻部件的几何内部。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当前部件为机翼，所述相邻部件为机身。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，判断所述网格点是否进入相邻部件的几何内部包括：
判断所述网格点是否在相邻部件三维结构化网格三个坐标方向极小值和极大值标定的长方体范围内；
若在所述长方体范围内，则确定所述网格点在所述相邻部件几何上表面的第一投影点；
确定所述第一投影点到所述网格点的第一向量和所述第一投影点的表面外法线的第二向量；
若所述第一向量和所述第二向量的向量积为负值，则确定所述网格点在所述相邻部件几何下表面的第二投影点；
确定所述第二投影点到所述网格点的第三向量和所述第二投影点的表面外法线的第四向量；
若所述第三向量和所述第四向量的向量积为负值，则将所述网格点确定为进入相邻部件的几何内部。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当前部件为机身，所述相邻部件为机翼。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述网格交叉点还包括 与相邻部件的三维结构化网格发生交叉的所述当前部件的远场边界点。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定所述网格交叉点在所述相邻部件的三维结构化网格中的归属网格位置，具体为：
确定所述相邻部件的三维结构化网格中包含所述网格交叉点的六面体；
将所述六面体中点作为所述网格交叉点的初始猜想位置；
若所述网格交叉点的初始猜想位置与所述网格交叉点的间距大于阈值，则采用八分法将所述六面体均分为六面体子结构；
定位所述网格交叉点所在的六面体子结构。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述网格交叉点的归属网格位置，确定所述网格交叉点与所述相邻部件的三维结构化网格之间的流场传递关系，具体为：
根据所述网格交叉点的归属网格位置及归属网格的顶点类型，确定所述网格交叉点与所述相邻部件的三维结构化网格之间的流场传递关系。
10.一种嵌套网格的建立装置，用于为包括至少两个部件的构型建立流场计算网格，其特征在于，包括：
表面结构化网格生成模块，用于参数化当前部件的几何外形，并生成所述当前部件的表面结构化网格；
三维结构化网格生成模块，用于根据所述当前部件表面结构化网格生成所述当前部件的三维结构化网格；
几何内点和正常网格点判断模块，用于针对所述当前部件三维结构化网格中每个网格点，判断所述网格点是否进入相邻部件的几何内部，若所述网格点进入相邻部件的几何内部，则将该网格点确定为几何内点，否则确定为正常网格点；
网格交叉点判断模块，用于将与每个几何内点相邻的正常网格点确定为网格交叉点，与相邻部件的三维结构化网格发生交叉的当前部件远场边界点确定为网格交叉点；
网格交叉点归属网格位置确定模块，用于确定所述网格交叉点在所述相邻部件三维结构化网格中的归属网格位置；
流场传递关系确定模块，用于根据所述网格交叉点的归属网格位置，确定所述网格交叉点与所述相邻部件的三维结构化网格之间的流场传递关系。
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