CN110188410A - 跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法，包括以下步骤：步骤1，将不同平台的导弹发射装置流体动力学模型分为通用模块模型和定制模块模型；步骤2，设定导弹发射流体动力学分析边界条件，所述边界条件包括燃气压力、燃气温度、环境压力和环境温度；步骤3，进行求解控制，所述求解控制包括压力离散、密度离散、湍流离散和时间离散；步骤4，进行参数化求解，所述参数化求解包括时间步长、迭代子步和计算时间的参数化；步骤5，获取不同导弹发射平台的压力、温度和速度载荷数据。

Description

跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法

技术领域

本发明涉及一种航空航天仿真技术，特别是一种跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法。

背景技术

导弹武器是国防重器，导弹发射过程中流体动力学的分析是导弹发射装置设计的重要环节。导弹发射流体动力学分析包括建模、边界条件设置、求解控制、参数化求解、对比分析和结果输出六个部分。在流体动力学分析中，建模时间大概占据了导弹发射装置设计人员80％的时间。边界条件设置、求解控制、参数化求解、对比分析和结果输出在导弹发射流体动力学分析中有许多共同特点。目前，导弹产品存在系列化、模块化和跨平台使用的趋势，导弹发射装置之间有许多的共同结构，又有一些特定的结构。发明一种跨平台导弹发射流体动力学参数化分析方法，对拓展导弹产品在不同平台之间的应用至关重要。

方便快捷的导弹发射流体动力学分析要求根据不同发射平台环境，能够快速的建立流体动力学模型，不能能够对某一平台下的不同发射装置结构进行参数化流体动力学分析，还能对某一型号导弹在不同平台发射时进行流体动力学分析。这对发射装置的参数化建模提出了较高的要求，不仅需要经过迭代和优化设计，需要反复修正几何形状，还需要对不同平台发射装置的结构和发射环境进行反复优化。对于复杂繁多的发射平台和发射方式，其参数化建模的难度进一步增加。

传统的参数化流体动力学设计方法一般是针对单一发射方式构建几何模型，并进行参数化求解，而且为了保证求解顺畅，一般采用非结构化网格对模型进行划分。传统导弹发射参数化流体动力学分析方法目标单一、求解精度差，而且针对不同发射平台需要开发不同的参数化流体动力学模块，严重制约了导弹产品在不同平台之间的拓展应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法，该方法用2个模块、10个子部件、31个参数来对不同发射平台的模型进行描述，通过调整不同的导弹发射装置和导弹发射的参数，运用插值技术自动生成统一的导弹发射流体动力学模型，适应不同平台的导弹发射流体动力学分析。

实现本发明目的的技术方案为：一种跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法，包括以下步骤：

步骤1，将不同平台的导弹发射装置流体动力学模型分为通用模块模型和定制模块模型；

步骤2，设定导弹发射流体动力学分析边界条件，所述边界条件包括燃气压力、燃气温度、环境压力和环境温度；

步骤3，进行求解控制，所述求解控制包括压力离散、密度离散、湍流离散和时间离散；

步骤4，进行参数化求解，所述参数化求解包括时间步长、迭代子步和计算时间的参数化；

步骤5，获取不同导弹发射平台的压力、温度和速度数据。

采用上述方法，步骤1中所述的通用模块模型包括喷管模型、导弹模型、发射筒模型、发射箱模型和发射箱盖模型；其中

喷管模型建模时对喷管收敛段长、喷管收敛段直径、喷管喉径、喷管扩张段长和喷管扩张段直径进行参数化建模；

导弹模型建模时对导弹直径和导弹长进行参数化建模；

发射筒模型建模时对发射筒内径、发射筒内壁厚度和发射筒长进行参数化建模；

发射箱模型建模时对发射箱长、发射箱宽和发射箱高进行参数化建模；

发射箱盖模型建模时对发射箱盖长、宽、高进行参数化建模；

定制模块模型建模时对储运箱模型、轮胎模型、车轴模型、发射臂模型和障碍物模型；其中

储运箱模型建模时对储运箱长、储运箱宽和储运箱高度进行参数化建模；

轮胎模型建模时对轮胎直径和轮胎宽度进行参数化建模；

车轴模型建模时对车轴直径和车轴长进行参数化建模；

发射臂模型建模时对发射臂长、发射臂宽、发射臂高和发射臂离地高度进行参数化建模；

障碍物模型建模时对障碍物长、障碍物宽和障碍物高进行参数化建模。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)2个模块、10个子部件、31个参数能全面的构造出路基发射、潜艇发射、舰面发射、铁路发射和太空发射等发射方式的导弹流体动力学模型，可以对导弹发射装置具体部件结构参数进行调整和设置，从而实现对不同平台发射装置的流场进行仿真分析，达到实现跨平台导弹发射装置的流体动力学分析；(2)跨平台导弹燃气流场的流体动力学模型可以通过设置参数值来实现，各参数之间可以通过软件的设计相互耦合，通过调整其中一个或者多个参数数值后，其他参数能够实现自动设置，加快的导弹燃气流场的建模和仿真效率；(3)跨平台参数化流体动力学参数化设计方法可以实现一种型号导弹在两个或两个以上平台上的发射评估，极大的拓展了导弹产品在不同平台之间的应用；(4)跨平台参数化流体动力学参数化设计方法不仅可以实现单一发射平台流体动力学仿真分析和结构优化前后的对比，还可以实现两个和两个以上平台流体动力学仿真分析和结构优化设计。

下面结合说明书附图对本发明作实用新型。

附图说明

图1是本发明方法流程示意图。

图2是本发明通用模块5个部件16个参数化建模参数图。

图3是本发明定制模块5个部件15个参数化建模参数图。

图4是跨平台分析中载荷和云图分析信息图。

具体实施方式

结合图1，一种跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法，包括以下步骤：

步骤1，将不同平台的导弹发射装置流体动力学模型分为通用模块模型和定制模块模型；

步骤2，设定导弹发射流体动力学分析边界条件，所述边界条件包括燃气压力参数化P21、燃气温度参数化P22、环境温度参数化P23和环境压力参数化P24；

步骤3，进行求解控制，所述求解控制包括压力离散P31、密度离散P32、湍流离散P33和时间离散P34；

步骤4，进行参数化设置，所述参数化设置包括时间步长、迭代子步和计算时间的参数化；

步骤5，获取不同导弹发射平台的压力、温度和速度数据；

步骤6，根据需要将分析结果进行输出。

所述的跨平台建模是指不同平台之间的通用模块模型之间可以相互调用，定制模块模型之间不能相互调用。

所述跨平台建模还包括网格生成和界面插值，所述网格生成包括结构化拓扑网格和非结构化拓扑网格，用来离散流场分析的区域。所述界面插值是指将通用模块和定制模块的交界面处粘合在一起，形成一个统一的模型。

步骤1中所述的平台类型至少包括路基发射平台、潜艇发射平台、舰面发射平台、铁路发射平台和太空发射平台等。

步骤1中所述的跨平台建模S1包括通用模块建模S11和定制模块建模S12，其中通用模块建模的模型为不同平台共有的模型，只是参数变量的数值不一样。

所述通用模块建模S11包括喷管建模P10、导弹建模P11、发射筒建模P12、发射箱建模P13和发射箱盖建模P14；所述喷管建模P10包括对喷管收敛段长Noz_l1、喷管收敛段直径Noz_d1、喷管喉径Noz_d2、喷管扩张段长Noz_l2和喷管扩张段直径Noz_d25个参数进行参数化建模；所述导弹建模P11包括对导弹直径Mis_d1和导弹长Mis_l12个参数进行参数化建模；所述发射筒建模P12包括对发射筒内径Tub_d1、发射筒内壁厚度Tub_h1和发射筒长Tub_l13个参数进行参数化建模；所述发射箱建模P13包括对发射箱长Box_l1、发射箱宽Box_w1和发射箱高Box_h13个参数进行参数化建模；所述发射箱盖建模P14包括对发射箱盖长Tip_l1、宽Tip_w1、高Tip_h13个参数进行参数化建模。

所述定制模块建模包括储运箱建模P15、轮胎建模P16、车轴建模P17、发射臂建模P18和障碍物建模P19等。所述储运箱建模P15包括对储运箱长Sav_l1、储运箱宽Sav_w1和储运箱高度Sav_h13个参数进行参数化建模；所述轮胎建模P16包括对轮胎直径Tap_d1和轮胎宽度Tap_w12个参数进行参数化建模；所述车轴建模P17包括对车轴直径Axl_d1和车轴长Axl_l12个参数进行参数化建模；所述发射臂建模P18包括对发射臂长Arm_l1、发射臂宽Arm_w1、发射臂高Arm_h1和发射臂离地高度Arm_h24个参数进行参数化建模。所述障碍物建模P19包括对障碍物长Obs_l1、障碍物宽Obs_w1和障碍物高Obs_h14个参数进行参数化建模。所述跨平台建模还包括网格生成和界面插值，所述网格生成包括结构化拓扑网格和非结构化拓扑网格。所述界面插值是指将通用模块和定制模块的交界面处粘合在一起，形成一个统一的模型。

步骤3中所述压力离散P31、密度离散P32、湍流离散P33和时间离散P34均包括一阶精度格式离散、二阶精度离散和三阶精度离散。

步骤6中的结果输出包括通用模块建模S11参数、定制模块S12参数、边界条件设置S2参数、流动求解控制S3参数和跨平台分析S5对比结果。

实施例1

本实施例基于路基导弹发射导弹计算流体动力学参数化建模分析方法，包括如下步骤：

步骤1：根据路基导弹发射环境进行跨平台建模，所述跨平台建模包括通用模块建模和定制模块建模，其中通用模块建模和定制模块建模均可对路基导弹模型进行参数修改；

步骤2：根据路基导弹发射环境，设定边界条件，所述边界条件包括燃气压力、燃气温度、环境压力和环境温度；

步骤3：进行求解控制，所述求解控制包括压力离散、密度离散、湍流离散和时间离散；

步骤4：进行参数化求解，所述参数化求解包括时间步长、迭代子步和计算时间的参数化；

步骤5：根据仿真结果，对路基导弹发射仿真压力、温度和速度载荷结果进行分析；

步骤6：将分析结果以报告形式输出。

在本实施例中，步骤1中所述通用模块建模S11包括喷管建模P10、导弹建模P11、发射筒建模P12、发射箱建模P13和发射箱盖建模P14；所述喷管建模P10包括对喷管收敛段长Noz_l1、喷管收敛段直径Noz_d1、喷管喉径Noz_d2、喷管扩张段长Noz_l2和喷管扩张段直径Noz_d25个参数进行参数化建模；所述导弹建模P11包括对导弹直径Mis_d1和导弹长Mis_l12个参数进行参数化建模；所述发射筒建模P12包括对发射筒内径Tub_d1、发射筒内壁厚度Tub_h1和发射筒长Tub_l13个参数进行参数化建模；所述发射箱建模P13包括对发射箱长Box_l1、发射箱宽Box_w1和发射箱高Box_h13个参数进行参数化建模；所述发射箱盖建模P14包括对发射箱盖长Tip_l1、宽Tip_w1、高Tip_h13个参数进行参数化建模。

所述定制模块建模包括所述轮胎建模P16包括对轮胎直径Tap_d1和轮胎宽度Tap_w12个参数进行参数化建模；所述车轴建模P17包括对车轴直径Axl_d1和车轴长Axl_l12个参数进行参数化建模。所述跨平台建模还包括网格生成和界面插值，所述网格生成包括结构化拓扑网格和非结构化拓扑网格。所述界面插值是指将通用模块和定制模块的交界面处粘合在一起，形成一个统一的模型。

实施例2

本实施例基于潜射导弹发射导弹计算流体动力学参数化建模分析方法，包括如下步骤：

步骤1，根据潜射导弹发射环境进行跨平台建模，所述跨平台建模包括通用模块建模和定制模块建模，其中通用模块建模和定制模块建模均可对潜射导弹模型进行参数修改；

步骤2，根据潜射导弹发射环境，设定边界条件，所述边界条件包括燃气压力、燃气温度、环境压力和环境温度；

步骤3，进行求解控制，所述求解控制包括压力离散、密度离散、湍流离散和时间离散；

步骤4，进行参数化求解，所述参数化求解包括时间步长、迭代子步和计算时间的参数化；

步骤5，根据仿真结果，对潜射导弹发射仿真压力、温度和速度载荷结果进行分析；进一步，可以将实施案例1的仿真结果与实施案例2的仿真压力、温度和速度载荷结果进行对比分析；

步骤6，将分析结果以报告形式输出。

在本实施例中，步骤1中所述通用模块建模S11包括喷管建模P10、导弹建模P11、发射筒建模P12、发射箱建模P13和发射箱盖建模P14；所述喷管建模P10包括对喷管收敛段长Noz_l1、喷管收敛段直径Noz_d1、喷管喉径Noz_d2、喷管扩张段长Noz_l2和喷管扩张段直径Noz_d25个参数进行参数化建模；所述导弹建模P11包括对导弹直径Mis_d1和导弹长Mis_l12个参数进行参数化建模；所述发射筒建模P12包括对发射筒内径Tub_d1、发射筒内壁厚度Tub_h1和发射筒长Tub_l13个参数进行参数化建模；所述发射箱建模P13包括对发射箱长Box_l1、发射箱宽Box_w1和发射箱高Box_h13个参数进行参数化建模；所述发射箱盖建模P14包括对发射箱盖长Tip_l1、宽Tip_w1、高Tip_h13个参数进行参数化建模。

所述定制模块建模包括储运箱建模P15、轮胎建模P16、车轴建模P17、发射臂建模P18和障碍物建模P19等。所述储运箱建模P15包括对储运箱长Sav_l1、储运箱宽Sav_w1和储运箱高度Sav_h13个参数进行参数化建模；所述轮胎建模P16包括对轮胎直径Tap_d1和轮胎宽度Tap_w12个参数进行参数化建模；所述车轴建模P17包括对车轴直径Axl_d1和车轴长Axl_l12个参数进行参数化建模；所述发射臂建模P18包括对发射臂长Arm_l1、发射臂宽Arm_w1、发射臂高Arm_h1和发射臂离地高度Arm_h24个参数进行参数化建模。所述障碍物建模P19包括对障碍物长Obs_l1、障碍物宽Obs_w1和障碍物高Obs_h14个参数进行参数化建模。所述跨平台建模还包括网格生成和界面插值，所述网格生成包括结构化拓扑网格和非结构化拓扑网格。所述界面插值是指将通用模块和定制模块的交界面处粘合在一起，形成一个统一的模型。

实施例3

本实施例基于舰载导弹发射导弹计算流体动力学参数化建模分析方法，包括如下步骤：

步骤1，根据舰载导弹发射环境进行跨平台建模，所述跨平台建模包括通用模块建模和定制模块建模，其中通用模块建模和定制模块建模均可对潜射导弹模型进行参数修改；

步骤2，根据舰载导弹发射环境，设定边界条件，所述边界条件包括燃气压力、燃气温度、环境压力和环境温度；

步骤3，进行求解控制，所述求解控制包括压力离散、密度离散、湍流离散和时间离散；

步骤4，进行参数化求解，所述参数化求解包括时间步长、迭代子步和计算时间的参数化；

步骤5，根据仿真结果，对舰载导弹发射仿真压力、温度和速度载荷结果进行分析；进一步，可以将实施案例1的仿真结果与实施案例2的仿真压力、温度和速度载荷结果进行对比分析；

步骤6，将分析结果以报告形式输出。

在本实施例中，步骤1中所述通用模块建模S11包括喷管建模P10、导弹建模P11、发射筒建模P12、发射箱建模P13和发射箱盖建模P14；所述喷管建模P10包括对喷管收敛段长Noz_l1、喷管收敛段直径Noz_d1、喷管喉径Noz_d2、喷管扩张段长Noz_l2和喷管扩张段直径Noz_d25个参数进行参数化建模；所述导弹建模P11包括对导弹直径Mis_d1和导弹长Mis_l12个参数进行参数化建模；所述发射筒建模P12包括对发射筒内径Tub_d1、发射筒内壁厚度Tub_h1和发射筒长Tub_l13个参数进行参数化建模；所述发射箱建模P13包括对发射箱长Box_l1、发射箱宽Box_w1和发射箱高Box_h13个参数进行参数化建模；所述发射箱盖建模P14包括对发射箱盖长Tip_l1、宽Tip_w1、高Tip_h13个参数进行参数化建模。

所述定制模块建模包括储运箱建模P15、轮胎建模P16、车轴建模P17、发射臂建模P18和障碍物建模P19等。所述储运箱建模P15包括对储运箱长Sav_l1、储运箱宽Sav_w1和储运箱高度Sav_h13个参数进行参数化建模；所述轮胎建模P16包括对轮胎直径Tap_d1和轮胎宽度Tap_w12个参数进行参数化建模；所述车轴建模P17包括对车轴直径Axl_d1和车轴长Axl_l12个参数进行参数化建模；所述发射臂建模P18包括对发射臂长Arm_l1、发射臂宽Arm_w1、发射臂高Arm_h1和发射臂离地高度Arm_h24个参数进行参数化建模。所述障碍物建模P19包括对障碍物长Obs_l1、障碍物宽Obs_w1和障碍物高Obs_h14个参数进行参数化建模。所述跨平台建模还包括网格生成和界面插值，所述网格生成包括结构化拓扑网格和非结构化拓扑网格。所述界面插值是指将通用模块和定制模块的交界面处粘合在一起，形成一个统一的模型。

Claims (4)

1.一种跨平台导弹发射流体动力学参数化建模和分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将不同平台的导弹发射装置流体动力学模型分为通用模块模型和定制模块模型；

步骤2，设定导弹发射流体动力学分析边界条件，所述边界条件包括燃气压力、燃气温度、环境压力和环境温度；

步骤3，进行求解控制，所述求解控制包括压力离散、密度离散、湍流离散和时间离散；

步骤4，进行参数化设置，所述参数化设置包括时间步长、迭代子步和计算时间的参数化；

步骤5，获取不同导弹发射平台的压力、温度和速度数据；

其中，不同平台之间的通用模块模型之间可以相互调用，定制模块模型之间不能相互调用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中将通用模块和定制模块的交界面处通过插值技术连接在一起，从而形成一个统一的模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述的通用模块模型包括喷管模型、导弹模型、发射筒模型、发射箱模型和发射箱盖模型；其中

喷管模型建模时对喷管收敛段长、喷管收敛段直径、喷管喉径、喷管扩张段长和喷管扩张段直径进行参数化建模；

导弹模型建模时对导弹直径和导弹长进行参数化建模；

发射筒模型建模时对发射筒内径、发射筒内壁厚度和发射筒长进行参数化建模；

发射箱模型建模时对发射箱长、发射箱宽和发射箱高进行参数化建模；

发射箱盖模型建模时对发射箱盖长、宽、高进行参数化建模；

定制模块模型建模时对储运箱模型、轮胎模型、车轴模型、发射臂模型和障碍物模型；其中

储运箱模型建模时对储运箱长、储运箱宽和储运箱高度进行参数化建模；

轮胎模型建模时对轮胎直径和轮胎宽度进行参数化建模；

车轴模型建模时对车轴直径和车轴长进行参数化建模；

发射臂模型建模时对发射臂长、发射臂宽、发射臂高和发射臂离地高度进行参数化建模；

障碍物模型建模时对障碍物长、障碍物宽和障碍物高进行参数化建模。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中所述压力离散、密度离散、湍流离散和时间离散均包括一阶精度格式离散、二阶精度离散和三阶精度离散。