CN113392602B - 一种cfd标准气动算例的接口数据结构及构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CFD标准气动算例的接口数据结构及构建方法，属于计算机软件领域。包括：算例层，描述算例数据的基本信息；物件层，区分具有分离特征的算例数据，并存储与物件相关的基本参数；数据类型层，将数据分为不同类型；状态数据层，存储CFD计算所需要的前置参数；结果数据层，存储计算结果数据；部件层，将飞行器区分为不同的部分；截面层，将部件划分为不同的面。方法包括：创建公共类；使用Java语言建立算例类、物件、基本结构类；分析用于CFD计算的算例数据，并将算例数据进行分类；使用Apache开源框架CXF实现对外接口。本发明提出了两种算例数据结构，按这两种数据结构实现的接口，可以提升数据访问效率。

Description

一种CFD标准气动算例的接口数据结构及构建方法
技术领域
本发明属于计算机软件技术领域，具体涉及一种CFD标准气动算例的接口数据结构及构建方法。
背景技术
CFD(Computational Fluid Dynamics)数值计算软件已经在很多领域应用，与传统模型实验相比，具备有效、简便、成本低的特点。目前市面上的CFD软件种类繁多，通常各类CFD软件计算所需要的数据存储为特定的数据格式，不同的数据格式降低了计算数据在CFD软件中的通用性；文献[1]吴梅.CFD数据转换程序开发[Z].2008：其实现了一种转换方法，首先是提取CFD数据，再生成参数分布数据、确定力区间，最后计算区间，生成数据文件；该转换方法可以简单概括为提取数据-处理数据-生成数据，虽然该方法是处理水动力数据，但对于空气动力数据具有一定的借鉴意义。美国曾建立了通用航空动力数据模拟系统规范ANSS2000，基于该规范实现了CFD通用符号系统(CNGS)，使得不同计算平台之间的数据交互变得更容易；文献[2]朱朝.CFD数据交换标准及其软件实现[Z].2002：通过调用CNGSAPI实现对网格数据的交互，但该方法的不足之处在于，仅限于网格文件，并未涉及CFD计算所需要的其它文件。文献[3]邓小刚.大型通用CFD软件体系结构与数据结构研究[Z].2012:基于网格数据、流场数据、状态参数、控制参数、及一些计算过程中的梯度等数据，提出一种轻量级的层次数据结构如下：
1)变量名：如迭代步数iter、马赫数Ma、雷诺数Re等单变量参数，流场压力p、速度u/v/w、温度T等数组数据。2)数据类型：整型、字符、浮点。3)数据精度：单精度、双精度等。4)数据维度：单参数、数组长度/维度等。上述结构以C++编程语言实现一维数组的方式存取。该结构解决了CNGS庞大函数库带来的计算低效率问题，并且针对与标准算例类似的数据进行处理，但仍然存在可交互性差、结构文件不完整的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对CFD软件在处理气动算例数据时，因算例数据格式多样，需要进行预处理、转换操作的问题，提供了一种CFD标准气动算例的接口数据结构。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种CFD标准气动算例的接口数据结构，包括A类接口数据结构和B类接口数据结构：
所述A类接口数据结构和B类接口数据结构均包括：
算例层，所述算例层是所有接口数据结构的根节点，用于描述算例数据的基本信息；
物件层，用于区分具有分离特征的算例数据，并存储与物件相关的基本参数；
数据类型层，用于将数据分为不同类型；
状态数据层，用于存储CFD计算所需要的前置参数；
结果数据层，用于存储计算结果数据；
所述A类接口数据结构还包括：
部件层，用于将飞行器区分为不同的部分；
截面层，用于将部件划分为不同的面。
进一步，所述算例层包括以下参数：算例ID、算例名称、流动特征和描述。
进一步，所述物件层为算例层的子级，包括的参数有：数据来源、物件名称、物件编号、参考面积、纵向参考长度、横向参考长度、力矩参考点X、力矩参考点Y、力矩参考点Z、质量、转动惯量IXX、转动惯量IYY、转动惯量IZZ、半模/全模、几何单位、试验介质和说明。
进一步，所述A类接口数据结构和B类接口数据结构均以SOAP协议的接口进行传输，数据格式为XML。
进一步，所述数据类型层为物件层的子级，使用Info字段标识类型信息。
进一步，所述状态数据层为数据类型层的子集，包含气动领域常见的参数，如马赫数、雷诺数或攻角；所述状态数据层与结果数据层的对应关系为一对多，通过算例ID关联，且状态数据与结果数据相对应。
进一步，所述部件层为数据类型层的子级，部件层与状态数据层在同一层级，所述部件层包括用于计算该部件的坐标系标识CSYS和部件名Component；所述截面层为部件层的子级，包括的参数有：截面ID、截面方式和结果数据。
进一步，所述结果数据层为截面层或数据类型层的子级，其包括的参数有：压力、阻力和热流。
本发明还提供了一种构建CFD标准气动算例的接口数据结构的方法，包括以下步骤：
步骤1：创建公共类，使用Java语言建立算例类Case、物件Obj、基本结构类BaseLayout，均为Java Bean形式；
步骤2：分析用于CFD计算的算例数据，并将算例数据进行分类，将算例类型分为A类接口数据结构或B类接口数据结构，若为A类接口数据结构则进入步骤31，反之则进入步骤32；
步骤31：构建A类接口算例结构，结构数据按部件-截面分级，通过StatusID与状态数据对应，使用Java语言建立定常气动类，为Java Bean形式，且返回数据格式为XML；
步骤32：构建B类接口算例结构，状态数据和结果数据在同一层级，通过Status ID与状态数据对应，使用Java语言建立非定常气动类，为Java Bean形式，且返回数据格式为XML；
步骤4：使用Apache开源框架CXF实现对外接口。
所述步骤31中的定常气动类包括压力、阻力、速度和热流，所述步骤32中的非定常气动类包括力、非定常气动力、含不确定性气体、动导数和轨迹。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提出了两种算例数据结构，按这两种数据结构实现的接口，可以提升数据访问效率。
附图说明
图1是本发明的A类接口数据结构的结构图；
图2是本发明的B类接口数据结构的结构图；
图3是本发明的实施例1的结构图；
图4是本发明的实施例2的结构图；
图5为本发明实施例1的A类数据返回结构图；
图6为本发明实施例1的B类数据返回结构图。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1和图2，本实施例提供了一种CFD标准气动算例的接口数据结构，包括A类接口数据结构或B类接口数据结构，其中，A类接口数据结构通常这类为定常气动数据；B类接口数据结构则为非定常气动数据；
本实施例的A类接口数据结构和B类接口数据结构均包括：
算例(Case)层，本实施例的算例(Case)层是所有接口数据结构的根节点，用于描述算例数据的基本信息；
物件(Obj)层，用于区分具有分离特征的算例数据，并存储与物件相关的基本参数；
数据类型(Type)层，用于将数据分为不同类型；状态数据(Status Data)层，用于存储CFD计算所需要的前置参数；结果数据(Result Data)层，用于存储计算结果数据；
本实施例的A类接口数据结构还包括：部件(Component)层，用于将飞行器区分为不同的部分；截面(Sections)层，用于将部件划分为不同的面。
本实施例的算例(Case)层包括以下参数：算例ID、算例名称、流动特征和描述，本实施例的A类接口数据结构和B类接口数据结构均以SOAP协议的接口进行传输，数据格式为XML。
进一步，物件(Obj)层为算例(Case)层的子集，包括的参数有：数据来源、物件名称、物件编号、参考面积、纵向参考长度、横向参考长度、力矩参考点X、力矩参考点Y、力矩参考点Z、质量、转动惯量IXX、转动惯量IYY、转动惯量IZZ、半模/全模、几何单位、试验介质和说明。
进一步，数据类型(Type)层为物件(Obj)层的子级，使用Info字段标识类型信息。
进一步，状态数据(Status Data)层为数据类型(Type)层的子集，包含气动领域常见的参数，如马赫数、雷诺数或攻角等参数；状态数据(Status Data)层与结果数据(ResultData)层的对应关系为一对多，并通过算例ID关联，且状态数据与结果数据相对应。
进一步，部件(Component)层为数据类型(Type)层的子级，部件层(Component)层与状态数据(Status Data)层在同一层级，部件(Component)层包含用于计算该部件的坐标系标识CSYS和部件名Component；截面(Sections)层为部件层的子级，包含的参数有:Section ID、Section Type、Result Data；结果数据层为截面(Sections)层或数据类型(Type)层的子级，其包括的参数有：压力、阻力和热流，当结果数据层的数据类型为非定常时，其上层为数据类型层，反之其上层为截面层。
为实现上述目的接口数据，本发明的主要思路是根据CFD进行算例运算时，依据数据访问的顺序和频次，将参数进行多级分层；CFD进行参数初始化时，将最先访问的参数置于最上层。首先，定义不同层级上对象的参数，按以下步骤：
S1、接口调用方通过传递算例ID，获取算例数据，算例对象层返回表1基本算例信息；
表1
Figure BDA0003162699760000051
S2、分析现有气动领域可用于CFD计算的算例数据，将算例数据按表2进行分类；
表2
Figure BDA0003162699760000061
根据表2的数据，将算例类型分为A类接口数据结构、B类接口数据结构：其中A类接口数据结构的算例类型有:压力、阻力、速度、热流；
B结构的算例类型有:力、非定常气动力、含不确定性气体、动导数、轨迹。
S3、根据CFD软件在进行气动计算时需要的前置参数，将必要的参数定义为物件层的基本属性，具体参见表3：
表3
Figure BDA0003162699760000062
Figure BDA0003162699760000071
对于A类接口数据结构，在组件层定义参数CSYS(坐标系)、Component(组件名)；
对于A类接口数据结构，在截面层定义参数Section ID(截面ID)、Section Type(截面方式；值为:y/b,Xrc)。
实施例1
基于上述实施方式，本实施例以构建A类算例结构的构建方法，以气动压类型为例，步骤1：创建公共类，使用Java语言建立算例类Case、物件Obj、基本结构类Base Layout，均为Java Bean形式，即包含get与set方法；步骤2：再构建A类算例结构，以气动压类型为例，其中，气动压是物体表面受力分布，结果数据按部件—截面分级，通过Status ID与状态数据对应，组织形式参见图3；然后使用Java语言建立气动压类Pressure，为Java Bean形式，包含get与set方法，以该结构实现的数据访问，返回的数据格式为XML格式，具体参见图5；步骤3：同样的，重复步骤2的方式构建其它A类算例结构，具体的包括:阻力，类名为Friction；速度，类名为Velocity；热流，类名为Heat；步骤4：使用Apache开源框架CXF，该框架实现了SOAP协议的JAX-RS2标准，对外发布的接口在Api4Cfd中声明，并在Api4CfdImp中实现。同时类名需要使用：
@WebService(endpointInterface＝"com.api4cfd.server.Api4Cfd",serviceName＝"Api4Cfd")进行注解。
实施例2
基于上述实施方式，本实施例以构建B类算例结构为实施例，以非定常气动力类型为例，步骤1：创建公共类，使用Java语言建立算例类Case、物件Obj、基本结构类BaseLayout，均为Java Bean形式，即包含get与set方法；步骤2：本实施例的非定常气动力的状态数据与结果数据在同一层级，通过状态数据通过Status ID与结果数据对应。组织形式见图4:然后使用Java语言建立气动压类ForceUns，为Java Bean形式，包含get与set方法：
步骤3：以B类算例的结构实现的数据访问，返回为XML格式，参见图6；
步骤4：同样的，重复步骤3的方式构建其它B类算例结构，包括:力，类名为Force；含不确定性气体，类名为ForceUq；动导数，类名为Derivative；轨迹，类名为Trajectory。
步骤5：使用Apache开源框架CXF，该框架实现了SOAP协议的JAX-RS2标准，对外发布的接口在Api4Cfd中声明，并在Api4CfdImp中实现。同时类名需要使用：
@WebService(endpointInterface＝"com.api4cfd.server.Api4Cfd",serviceName＝"Api4Cfd")进行注解。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：包括A类接口数据结构或B类接口数据结构：
所述A类接口数据结构和B类接口数据结构均包括：
算例层，所述算例层是所有接口数据结构的根节点，用于描述算例数据的基本信息；
物件层，用于区分具有分离特征的算例数据，并存储与物件相关的基本参数；
数据类型层，用于将数据分为不同类型；
状态数据层，用于存储CFD计算所需要的前置参数；
结果数据层，用于存储计算结果数据；
所述A类接口数据结构还包括：
部件层，用于将飞行器区分为不同的部分；
截面层，用于将部件划分为不同的面；
所述物件层为算例层的子级，所述数据类型层为物件层的子级，所述状态数据层为数据类型层的子集，所述状态数据层与结果数据层的对应关系为一对多，所述部件层为数据类型层的子级，部件层与状态数据层在同一层级，所述截面层为部件层的子级。
2.根据权利要求1所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：所述算例层包括的参数有：算例ID、算例名称、流动特征和描述。
3.根据权利要求1所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：所述物件层包括的参数有：数据来源、物件名称、物件编号、参考面积、纵向参考长度、横向参考长度、力矩参考点X 、力矩参考点Y 、力矩参考点Z 、质量、转动惯量IXX、转动惯量IYY、转动惯量IZZ、半模/全模、几何单位、试验介质和说明。
4.根据权利要求1所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：所述A类接口数据结构和B类接口数据结构均以SOAP协议的接口进行传输，数据格式均为XML。
5.根据权利要求1所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：所述数据类型层使用Info字段标识类型信息。
6.根据权利要求1所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：所述状态数据层包括气动领域常见的参数，所述状态数据层与结果数据层通过算例 ID关联，且状态数据与结果数据相对应。
7.根据权利要求1所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：所述部件层包括用于计算该部件的坐标系标识CSYS和部件名Component；
所述截面层包括的参数有：截面ID、截面方式和结果数据。
8.根据权利要求1所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：所述结果数据层为截面层或数据类型层的子级，包括的参数有：压力、阻力和热流。
9.一种构建CFD标准气动算例的接口数据结构系统的方法，应用于权利要求1-8任一所述的一种CFD标准气动算例的接口数据结构系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：创建公共类，使用Java语言建立算例类Case、物件Obj、基本结构类BaseLayout，均为Java Bean形式；
步骤2：分析用于CFD计算的算例数据，并将算例数据进行分类，将算例类型分为A类接口数据结构或B类接口数据结构，若为A类接口数据结构则进入步骤31，反之则进入步骤32；
步骤31：构建A类接口算例结构，结构数据按部件-截面分级，通过Status ID与状态数据对应，使用Java语言建立定常气动类，为Java Bean形式，且返回数据格式为XML；
步骤32：构建B类接口算例结构，状态数据和结果数据在同一层级，通过Status ID与状态数据对应，使用Java语言建立非定常气动类，为Java Bean形式，且返回数据格式为XML；
步骤4：使用Apache开源框架CXF实现对外接口。
10.根据权利要求9所述的一种构建CFD标准气动算例的接口数据结构系统的方法，其特征在于：所述步骤31中的定常气动类包括压力、阻力、速度和热流，所述步骤32中的非定常气动类包括力、非定常气动力、含不确定性气体、动导数和轨迹。
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