CN113901574A - 一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法，涉及超声速民机低声爆气动设计技术领域，其技术方案要点是：基于多进程编号记录、以及网格点坐标与辅助盒子的位置判断，从而有效进行近场过压提取，进一步基于均匀坐标假设进行声爆目标函数对过压变分结果装配。本发明能够解决任意复杂构型超声速民机低声爆气动设计，近场声爆提取以及声爆目标函数对过压变分结果的装配这一重要中间环节面临的难题，科学有效地避免繁琐的人为操作，大幅度提高超声速民机低声爆气动设计自动化水平与设计效率。

Description

一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法

技术领域

本发明涉及超声速民机低声爆气动设计技术领域，更具体地说，它涉及一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法。

背景技术

目前，超声速公务机面临的最大挑战之一就是民航对其超声速飞行时声爆水平的严格限制。其在总体方案选型以及布局优化过程中，计算流体力学以及相应的优化设计手段起着至关重要的作用，大幅度降低了设计成本。

但是，基于数值优化进行声爆预测、抑制过程中，面临两个重要问题，一是近场过压提取，尤其对于并行化环境下复杂构型网格拓扑，进程之间以及拓扑复杂性一定程度上制约了过压提取的自动化水平；二是灵敏度计算，计算灵敏度必须要解决声爆变分结果在并行化环境下复杂构型网格拓扑的反向装配问题。

因此，本发明旨在设计提供一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是基于解决过压提取、变分结果反向装配的上述问题，提供一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法，该方法能够解决任意复杂构型超声速民机低声爆气动设计，近场声爆提取以及声爆目标函数对过压变分结果的装配这一重要中间环节面临的难题，科学有效地避免繁琐的人为操作，大幅度提高超声速民机低声爆气动设计自动化水平与设计效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法，具体包括以下步骤：

S1、定义一个长方体盒子，所述长方体盒子由长方体两个角点定义，用于方便选定近场网格单元；

S2、根据步骤S1中定义的长方体盒子，判断各个进程的网格块是否有格心坐标处于长方体盒子内，若有，则记录该进程的编号；

S3、记录格心坐标处于长方体盒子内的网格块在当前进程中的编号，并记录所述格心在当前网格中的编号和X坐标；

S4、在主进程中将各个进程的编号、坐标文件收集写出，并将过压按X顺序进行排列后输出近场文件；

S5、进行声爆预测迭代推进计算；

S6、采用声爆伴随方程反向迭代推进求解；并将求解转换为CFD坐标系；

S7、按编号、坐标文件将变分结果按对应的进程编号输出，向各个进程的网格单元装配；

S8、采用流场伴随方程求解。

进一步地，步骤S7中的变分结果采用以下方法实现：

1)在近场过压信号提取站位附近将网格单元分布划分为规整格式，即高度宽度方向均为直线；

2)由步骤1)中所述的网格单元中选取，对非均匀坐标下沿X方向各个站位初始过压的提取；

3)通过近场过压的提取，消除对横坐标X的依赖，雅克比矩阵不包含对网格坐标X的变分，且其仅与自身单元守恒变量W相关，其表达式为：P₀＝T(W)。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明的方法基于多进程编号记录、以及网格点坐标与辅助盒子的位置判断，从而有效进行近场过压提取，然后进一步基于均匀坐标假设进行声爆目标函数对过压变分结果装配，能够解决任意复杂构型超声速民机低声爆气动设计、近场声爆提取以及声爆目标函数对过压变分结果的装配这一重要中间环节面临的难题，可有效地避免繁琐的人为操作，大幅度提高超声速民机低声爆气动设计自动化水平与设计效率。

附图说明

图1是本发明实施例中的流程图；

图2是本发明实施例中的超声速飞行器示意图；

图3是本发明实施例中的超声速飞行器近场过压提取长方体盒子示意图；

图4是本发明实施例中的复杂拓扑结构与盒子并行处理关系示意图；

图5是本发明实施例中的近场过压提取结果示意图；

图6是本发明实施例中的变分装配求解结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

S1、为方便近场声爆信号的提取，定义一个长方体盒子，该长方体盒子由长方体两个角点定义，用于方便选定近场网格单元，避免繁琐的人工指定；

S2、根据步骤S1中定义的长方体盒子，判断各个进程的网格块是否有格心坐标处于长方体盒子内，若有，则记录该进程的编号；

S3、记录格心坐标处于长方体盒子内的网格块在当前进程中的编号，并记录该格心在当前网格中的编号和X坐标；

S4、在主进程中将各个进程的编号、坐标文件收集写出，并将过压按X顺序进行排列后输出近场文件；

S5、进行声爆预测迭代推进计算；

S6、采用声爆伴随方程反向迭代推进求解；并将求解转换为CFD坐标系；

S7、按编号、坐标文件将变分结果按对应的进程编号输出，向各个进程的网格单元装配；

S8、采用流场伴随方程求解。

其中，步骤S7中的变分结果采用以下方法实现：

1)在近场过压信号提取站位附近将网格单元分布划分为规整格式，即高度宽度方向均为直线，这样近场过压分布就不需要向同高度转换；

2)由步骤1)中的该网格单元选取，对非均匀坐标下沿X方向各个站位初始过压的提取；

3)通过近场过压的提取，消除对横坐标X的依赖，雅克比矩阵不包含对网格坐标X的变分，且其仅与自身单元守恒变量W相关，其表达式为：P₀＝T(W)。

在本实施例中，图2给出的是超声速飞行器采用的布局示意图，该图仅用来说明本发明的方案的算法。图3为长方体盒与超声速飞行器的示意图，由图3所示，该长方体盒子布置于离机身下方2～5倍的长度距离，该长方体盒子由长方体两个角点定义。图4为飞行器复杂构型拓扑结构与长方体盒子的空间关系示意图，由该长方体盒子确定哪些单元处于该长方体盒子中，同时记录该单元所处的网格块数、进程数，便于直接提取保存至数组，并按照上述发明的方案排序；图5为提取出的过压分布曲线，由图5所示，本实施的发明的方法的提取结果排列正确且光滑；图6为采用为本发明变分装配求解结果示意图，由图6所示，本实施例的方法的装配结果正确合理。

在本发明的上述实施例中，本发明基于多进程编号记录、以及网格点坐标与辅助盒子的位置判断，从而有效进行近场过压提取，然后进一步基于均匀坐标假设进行声爆目标函数对过压变分结果装配，能够解决任意复杂构型超声速民机低声爆气动设计、近场声爆提取以及声爆目标函数对过压变分结果的装配这一重要中间环节面临的难题，可有效地避免繁琐的人为操作，大幅度提高超声速民机低声爆气动设计自动化水平与设计效率。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法，其特征是：具体包括以下步骤：

S1、定义一个长方体盒子，所述长方体盒子由长方体两个角点定义，用于方便选定近场网格单元；

S2、根据步骤S1中定义的长方体盒子，判断各个进程的网格块是否有格心坐标处于长方体盒子内，若有，则记录该进程的编号；

S3、记录格心坐标处于长方体盒子内的网格块在当前进程中的编号，并记录所述格心在当前网格中的编号和X坐标；

S4、在主进程中将各个进程的编号、坐标文件收集写出，并将过压按X顺序进行排列后输出近场文件；

S5、进行声爆预测迭代推进计算；

S6、采用声爆伴随方程反向迭代推进求解；并将求解转换为CFD坐标系；

S7、按编号、坐标文件将变分结果按对应的进程编号输出，向各个进程的网格单元装配；

S8、采用流场伴随方程求解。

2.根据权利要求1所述的一种适用于任意复杂构型的近场过压装配方法，其特征是：步骤S7中的变分结果采用以下方法实现：

1)在近场过压信号提取站位附近将网格单元分布划分为规整格式，即高度宽度方向均为直线；

2)由步骤1)中所述的网格单元中选取，对非均匀坐标下沿X方向各个站位初始过压的提取；

3)通过近场过压的提取，消除对横坐标X的依赖，雅克比矩阵不包含对网格坐标X的变分，且其仅与自身单元守恒变量W相关，其表达式为：P₀＝T(W)。

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