CN110472333A - 一种二维翼型数值模拟的自动配平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，生成二维翼型的原始计算网格；所述原始计算网格包括拼接网格块；S2，读取原始计算网格的空间点坐标和边界条件，并根据读取的空间点坐标和边界条件对拼接网格块进行数值模拟，获得当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数；S3，根据当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数判断升降舵面是否达到配平状态，若升降舵面未达到配平状态，则调整升降舵面的偏角，并重复执行步骤S2～S3直至达到配平状态。本发明通过对二维翼型的拼接网格块进行数值模拟，实现了升降舵面偏角的自动配平，整个过程无需人工干预，方便快捷。

Description

一种二维翼型数值模拟的自动配平方法

技术领域

本发明涉及计算流体动力学中的表面及空间网格生成领域，尤其是一种二维翼型数值模拟的自动配平方法。

背景技术

在计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)中，获得一个二维翼型在不同马赫数和不同攻角下配平状态(俯仰力矩为零)的气动特性具有相当重要的工程意义。二维翼型可以通过升降舵面偏转来保持俯仰力矩为零，但是在不同马赫数和不同攻角下，满足翼型配平状态的升降舵面偏转角度各不相同，需要在CFD的计算迭代过程中加以确定。这就需要一种快速物面变形并自动生成计算网格的方法来模拟翼型的不同升降舵面偏角，同时在计算迭代过程中根据实际流场情况对升降舵面偏角进行自动调整，并最终获得配平状态的翼型舵偏角和二维翼型的最终流场。目前，对于主流的结构网格方法来说，由于结构网格固有的难以自动生成的几何属性，所以CFD领域中并没有出现相关的自动配平技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种二维翼型数值模拟的自动配平方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种二维翼型数值模拟的自动配平方法，包括如下步骤：

S1，生成二维翼型的原始计算网格；所述原始计算网格包括拼接网格块；

S2，读取原始计算网格的空间点坐标和边界条件，并根据读取的空间点坐标和边界条件对拼接网格块进行数值模拟，获得当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数；

S3，根据当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数判断升降舵面是否达到配平状态，若升降舵面未达到配平状态，则调整升降舵面的偏角，并重复执行步骤S2～S3直至达到配平状态。

进一步的，所述拼接网格块包括：升降舵面尾部的尾迹区块，覆盖升降舵面上表面的空间块、过渡块、壁面块和尾部连接块，以及覆盖升降舵面下表面的空间块、过渡块、壁面块和尾部连接块；其中，覆盖升降舵面上表面的过渡块、壁面块和尾部连接块依次设置，覆盖升降舵面下表面的过渡块、壁面块和尾部连接块依次设置，使拼接网格块沿升降舵面形成开口。

进一步的，步骤S3中，调整升降舵面的偏角的方法为：

S3.1，根据所需要调整的升降舵面的偏角，调整拼接网格块的标志线段，获得新线段分布；

S3.2，根据新线段分布重构拼接网格块，输出新偏角下的升降舵面的网格文件。

进一步的，步骤S3.1中，确定所需要调整的升降舵面的偏角的方法为：当俯仰力矩系数大于零，则使升降舵面下偏获得低头力矩；当俯仰力矩系数小于零，则使升降舵面上偏获得抬头力矩；当俯仰力矩系数等于零，则判定升降舵面达到配平状态。

进一步的，步骤3.1中，调整拼接网格块的标志线段，获得新线段分布的方法为：

(1)旋转过渡块、壁面块和尾部连接块紧贴升降舵面上表面和升降舵面下表面的线段，获得新偏角下的升降舵面外形；

(2)平移壁面块紧贴过渡块和尾部连接块的线段至新偏角下的升降舵面外形的位置；

(3)保持过渡块之间的线段，空间块和过渡块在开口方向的线段，以及空间块的底边线段位置不变；

(4)剩余线段保持其分布规律进行重新分布。

进一步的，步骤S3.1中，调整拼接网格块的标志线段，获得新线段分布的过程中，保持边界条件不变。

进一步的，步骤S3.2中，根据新线段分布重构拼接网格块的过程采用超限插值方法实现。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过对二维翼型的拼接网格块进行数值模拟，实现了升降舵面偏角的自动配平，整个过程无需人工干预，方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的二维翼型数值模拟的自动配平方法的流程框图。

图2为本发明的原始计算网格的拓扑图。

图3为本发明的原始计算网格中的拼接网格块的示意图。

图4为本发明的拼接网格块的标志线段示意图。

图5a为升降舵面偏角调整前的计算网格示意图。

图5b为升降舵面偏角调整后的计算网格示意图。

图6为升降舵面偏角调整后的计算网格的拼接网格块的示意图。

附图标记：1-升降舵面上表面的空间块，2-升降舵面上表面的过渡块、3-升降舵面上表面的壁面块，4-升降舵面上表面的尾部连接块，5-升降舵面尾部的尾迹区块，6-升降舵面下表面的空间块，7-升降舵面下表面的过渡块、8-升降舵面下表面的壁面块，9-升降舵面下表面的尾部连接块，10-拼接网格块。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1所示，本实施例提供的一种二维翼型数值模拟的自动配平方法，包括如下步骤：

S1，生成二维翼型的原始计算网格；如图2所示，所述原始计算网格包括拼接网格块10；所述原始计算网格还包括翼型外部网格，即除了拼接网格块10以外的其余网格均为翼型外部网格；拼接网格块10与翼型外部网格以拼接方式拼接，翼型外部网格可以由用户自行确定，在本发明中不做限定。

如图3所示，作为本实施例的优选，拼接网格快由围绕升降舵面的9个网格块组成，包括：升降舵面尾部的尾迹区块5，覆盖升降舵面上表面的空间块1、过渡块2、壁面块3和尾部连接块4，以及覆盖升降舵面下表面的空间块7、过渡块6、壁面块9和尾部连接块8；其中，覆盖升降舵面上表面的过渡块2、壁面块3和尾部连接块4依次设置，覆盖升降舵面下表面的过渡块6、壁面块9和尾部连接块8依次设置，使拼接网格块10沿升降舵面形成开口。也就是说，升降舵面上表面和升降舵面下表面对称设置有空间块、过渡块、壁面块和尾部连接块，拼接网格块10沿升降舵面形成开口紧贴升降舵面。

S2，读取原始计算网格的空间点坐标和边界条件，并根据读取的空间点坐标和边界条件对拼接网格块10进行数值模拟，获得当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数；在本实施例中，可以采用CFD计算软件读取原始计算网格的空间点坐标和边界条件，其中，边界条件包括给定的拼接网格块10的拼接边界条件。其中，根据读取的空间点坐标和边界条件对拼接网格块10进行数值模拟的方法可以采用CFD计算软件中的常规计算方法。

S3，根据当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数判断升降舵面是否达到配平状态，若升降舵面未达到配平状态，则调整升降舵面的偏角，并重复执行步骤S2～S3直至达到配平状态。具体地，调整升降舵面的偏角的方法为：

S3.1，根据所需要调整的升降舵面的偏角，调整拼接网格块10的标志线段，获得新线段分布；

其中，确定所需要调整的升降舵面的偏角的方法为：当俯仰力矩系数大于零，则使升降舵面下偏获得低头力矩；当俯仰力矩系数小于零，则使升降舵面上偏获得抬头力矩；当俯仰力矩系数等于零，则判定升降舵面达到配平状态。在实际应用中，需要经过多次配平才能达到配平状态，则可以通过重复执行步骤S2～S3实现升降舵面的自动配平。

其中，为了方便说明，将拼接网格块10的标志线段编号为如图4所示的则调整拼接网格块10的标志线段，获得新线段分布的方法为：

(1)旋转过渡块2、6，壁面块3、9，以及尾部连接块4、8紧贴升降舵面上表面和升降舵面下表面的线段获得新偏角下的升降舵面外形；

(2)平移壁面块3、9紧贴过渡块2、6和尾部连接块4、8的线段(⑧、⑨、)至新偏角下的升降舵面外形的位置；

(3)保持过渡块2和过渡块6之间的线段空间块1、7和过渡块2、6在开口方向的线段(①、⑦、)，以及空间块1、7的底边线段(②、)位置不变；

(4)剩余线段(③、④、⑤、⑥、⑩、 )保持其分布规律进行重新分布。

其中，调整拼接网格块10的标志线段，获得新线段分布的过程中，保持边界条件不变。

S3.2，根据新线段分布重构拼接网格块10，输出新偏角下的升降舵面的网格文件。在本实施例中，根据新线段分布重构拼接网格块10的过程可以采用超限插值方法实现。

应用上述的本发明的二维翼型数值模拟的自动配平方法进行二维翼型的升降舵面偏角调整，如图5所示的升降舵面偏角调整前后的计算网格对比图，以及如图6所示的升降舵面偏角调整后的计算网格的拼接网格块10的放大图，可以看到在升降舵面偏转后，包括二维翼型的物体外形和计算网格都能够完成自动变形和重构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，生成二维翼型的原始计算网格；所述原始计算网格包括拼接网格块；

S2，读取原始计算网格的空间点坐标和边界条件，并根据读取的空间点坐标和边界条件对拼接网格块进行数值模拟，获得当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数；

S3，根据当前升降舵面偏角下的俯仰力矩系数判断升降舵面是否达到配平状态，若升降舵面未达到配平状态，则调整升降舵面的偏角，并重复执行步骤S2～S3直至达到配平状态。

2.根据权利要求1所述的二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，所述拼接网格块包括：升降舵面尾部的尾迹区块，覆盖升降舵面上表面的空间块、过渡块、壁面块和尾部连接块，以及覆盖升降舵面下表面的空间块、过渡块、壁面块和尾部连接块；其中，覆盖升降舵面上表面的过渡块、壁面块和尾部连接块依次设置，覆盖升降舵面下表面的过渡块、壁面块和尾部连接块依次设置，使拼接网格块沿升降舵面形成开口。

3.根据权利要求2所述的二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，步骤S3中，调整升降舵面的偏角的方法为：

S3.1，根据所需要调整的升降舵面的偏角，调整拼接网格块的标志线段，获得新线段分布；

S3.2，根据新线段分布重构拼接网格块，输出新偏角下的升降舵面的网格文件。

4.根据权利要求3所述的二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，步骤S3.1中，确定所需要调整的升降舵面的偏角的方法为：当俯仰力矩系数大于零，则使升降舵面下偏获得低头力矩；当俯仰力矩系数小于零，则使升降舵面上偏获得抬头力矩；当俯仰力矩系数等于零，则判定升降舵面达到配平状态。

5.根据权利要求3所述的二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，步骤3.1中，调整拼接网格块的标志线段，获得新线段分布的方法为：

(1)旋转过渡块、壁面块和尾部连接块紧贴升降舵面上表面和升降舵面下表面的线段，获得新偏角下的升降舵面外形；

(2)平移壁面块紧贴过渡块和尾部连接块的线段至新偏角下的升降舵面外形的位置；

(3)保持过渡块之间的线段，空间块和过渡块在开口方向的线段，以及空间块的底边线段位置不变；

(4)剩余线段保持其分布规律进行重新分布。

6.根据权利要求5所述的二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，步骤S3.1中，调整拼接网格块的标志线段，获得新线段分布的过程中，保持边界条件不变。

7.根据权利要求3所述的二维翼型数值模拟的自动配平方法，其特征在于，步骤S3.2中，根据新线段分布重构拼接网格块的过程采用超限插值方法实现。