CN114444215B - 一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备，笛卡尔网格具有网格生成自动化程度高、复杂外形适应性好等优势，在仿真过程中应用笛卡尔网格，可以提高整个仿真过程的自动化程度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及计算流体动力学技术领域，特别是涉及一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备。
背景技术
气动/运动/控制耦合，是指在模拟飞行过程中，同时考虑空气动力学、刚体运动学和飞行控制学，飞行控制一般通过控制系统中的操纵面偏转实现。
飞行器飞行动力学问题模拟研究方法一般分为：理论方法、工程简化方法和计算流体动力学方法（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法。基于CFD方法的飞行器飞行动力学问题的关键技术主要包括运动网格方法、非定常流场求解方法以及气动/刚体运动/结构变形的耦合模型等。网格生成技术的自动化程度直接决定了整个仿真过程的自动化程度。对于涉及气动/运动/控制耦合的问题，贴体运动网格技术是目前采用较多的网格处理方法，已经在很多复杂的非定常流动问题上已经取到了许多成功的应用，但总的来说，该类方法一般还是依赖于人力生成，这也直接导致了整个飞行器气动/运动/控制耦合问题仿真过程人工介入较多，自动化程度并不高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备，以提高飞行器气动/运动/控制耦合问题仿真过程的自动化程度。
为达到上述目的，本发明实施例提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法，包括：
获取飞行器模型，确定所述飞行器模型的状态参数；
设定针对所述飞行器模型的来流参数以及控制参数；
生成所述飞行器模型的笛卡尔网格；
基于所述来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息；
将位于所述飞行器模型的表面的笛卡尔网格的网格单元在所述表面插值得到所述表面的压力分布，通过将所述压力分布在所述飞行器模型的表面积分得到所述飞行器模型的受力状态信息；
根据所述飞行器模型的受力状态信息，通过飞行器运动学方程，计算得到所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息；
在所述状态参数的基础上，根据所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息，确定所述飞行器模型变化后的位置和姿态；
计算所述飞行器模型变化后的位置和姿态与所述控制参数之间的偏差；
判断所述偏差是否满足预设仿真条件；
如果不满足，则基于所述偏差，计算所述飞行器模型的操纵面偏角变化值；
根据所述飞行器模型的操纵面偏角变化值，更新所述飞行器模型的笛卡尔网格，并返回执行所述基于所述来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息的步骤及后续步骤，直至所述偏差满足预设仿真条件的情况下，将所述飞行器模型变化后的位置和姿态确定为仿真结果。
可选的，所述生成所述飞行器模型的笛卡尔网格，包括：
生成所述飞行器模型的表面网格；
根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格。
可选的，所述自适应笛卡尔网格生成参数包括：计算域、待生成的笛卡尔网格的尺寸、自适应加密次数；
所述根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格，包括：
根据所述计算域和所述待生成的笛卡尔网格的尺寸，生成填充整个计算域的所述飞行器模型的空间笛卡尔网格；
确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系，根据所述相对位置关系，识别与所述表面网格相交的空间笛卡尔网格，作为表面相交笛卡尔网格；
通过对所述表面相交笛卡尔网格进行加密，得到更新后的空间笛卡尔网格；
判断最密一层的笛卡尔网格是否达到所述自适应加密次数；
如果未达到，则返回执行所述确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系的步骤及后续步骤；直至最密一层的笛卡尔网格达到设定的自适应加密次数，则将最后一次更新后的空间笛卡尔网格确定为所述飞行器模型的笛卡尔网格。
可选的，所述基于所述偏差，计算所述飞行器模型的操纵面偏角变化值，包括：
将所述偏差输入至PID控制器，得到所述PID控制器输出的所述飞行器模型的操纵面偏角变化值。
为达到上述目的，本发明实施例还提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真装置，包括：
获取模块，用于获取飞行器模型，确定所述飞行器模型的状态参数；
设定模块，用于设定针对所述飞行器模型的来流参数以及控制参数；
生成模块，用于生成所述飞行器模型的笛卡尔网格；
CFD计算模块，用于基于所述来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息；
插值积分模块，用于将位于所述飞行器模型的表面的笛卡尔网格的网格单元在所述表面插值得到所述表面的压力分布，通过将所述压力分布在所述飞行器模型的表面积分得到所述飞行器模型的受力状态信息；
运动计算模块，用于根据所述飞行器模型的受力状态信息，通过飞行器运动学方程，计算得到所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息；
第一确定模块，用于在所述状态参数的基础上，根据所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息，确定所述飞行器模型变化后的位置和姿态；
偏差计算模块，用于计算所述飞行器模型变化后的位置和姿态与所述控制参数之间的偏差；
第一判断模块，用于判断所述偏差是否满足预设仿真条件；如果不满足，则触发操纵面偏角变化计算模块；如果满足，则触发第二确定模块；
操纵面偏角变化计算模块，用于基于所述偏差，计算所述飞行器模型的操纵面偏角变化值；
更新模块，用于根据所述飞行器模型的操纵面偏角变化值，更新所述飞行器模型的笛卡尔网格，并返回触发所述CFD计算模块；
第二确定模块，用于将所述飞行器模型变化后的位置和姿态确定为仿真结果。
可选的，所述生成模块，包括：
第一生成子模块，用于生成所述飞行器模型的表面网格；
第二生成子模块，用于根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格。
可选的，所述自适应笛卡尔网格生成参数包括：计算域、待生成的笛卡尔网格的尺寸、自适应加密次数；
所述第二生成子模块，具体用于：
根据所述计算域和所述待生成的笛卡尔网格的尺寸，生成填充整个计算域的所述飞行器模型的空间笛卡尔网格；
确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系，根据所述相对位置关系，识别与所述表面网格相交的空间笛卡尔网格，作为表面相交笛卡尔网格；
通过对所述表面相交笛卡尔网格进行加密，得到更新后的空间笛卡尔网格；
判断最密一层的笛卡尔网格是否达到所述自适应加密次数；
如果未达到，则返回执行所述确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系的步骤及后续步骤；直至最密一层的笛卡尔网格达到设定的自适应加密次数，则将最后一次更新后的空间笛卡尔网格确定为所述飞行器模型的笛卡尔网格。
可选的，所述操纵面偏角变化计算模块，具体用于：
将所述偏差输入至PID控制器，得到所述PID控制器输出的所述飞行器模型的操纵面偏角变化值。
为达到上述目的，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任意一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法。
本发明所示实施例提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备，笛卡尔网格具有网格生成自动化程度高、复杂外形适应性好等优势，在仿真过程中应用笛卡尔网格，可以提高整个仿真过程的自动化程度。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种生成飞行器模型的笛卡尔网格的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种对飞行器模型的闭环反馈控制系统示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于笛卡尔网格的运动仿真装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备，该方法及装置可以应用于各种电子设备，具体不做限定。下面首先对该基于笛卡尔网格的运动仿真方法进行详细介绍。以下方法实施例中的各个步骤按照合乎逻辑的顺序执行即可，步骤标号或者对各步骤进行介绍的先后顺序，并不对各步骤的执行顺序构成限定。
图1为本发明实施例提供的一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法的流程示意图，包括：
S101：获取飞行器模型，确定飞行器模型的状态参数。
举例来说，这里的模型可以为CAD（Computer-Aided Design，计算机辅助设计）数模（数学模型），或者也可以为其他软件生成的模型。可以在电子设备中导入待仿真飞行器的模型，确定该模型的状态参数，如姿态角、操纵面偏角、高度等等，具体的状态参数不做限定。可以由该模型直接读取得到这些状态参数，也可以由用户设定得到这些状态参数。
S102：设定针对飞行器模型的来流参数以及控制参数。
例如，来流参数可以包括来流速度、密度、压强、攻角等等，具体的来流参数不做限定。控制参数可以包括速度变化参数、姿态角变化参数、高度变化参数等等，具体不做限定。可以参考飞行器模型的状态参数设定相应的控制参数，例如，根据参考飞行器模型的高度，设定高度变化参数。可以根据实际需求，设定上述各种参数，具体设定情况不做限定。
S103：生成飞行器模型的笛卡尔网格。
笛卡尔网格，又称直角网格，这种网格中，网格面或边与坐标平面或坐标轴平行，二维情况下是矩形网格，三维情况下是六面体网格。一般来说，可以不用考虑物面形状直接生成笛卡尔网格，笛卡尔网格通常与几何模型的物面相交，其具有便于自适应、网格质量较高的优势。
本发明的一种实施方式中，S103可以包括：生成所述飞行器模型的表面网格；根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格。
举例来说，可以基于飞行器模型以及设置的表面网格参数（如网格目标尺寸、网格最小尺寸、自适应曲率角度等），生成飞行器模型的表面网格。
本发明的一种实施方式中，所述自适应笛卡尔网格生成参数可以包括：计算域、待生成的笛卡尔网格的尺寸、自适应加密次数。
如图2所示，所述根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格，可以包括：
S201：根据计算域和待生成的笛卡尔网格的尺寸，生成填充整个计算域的飞行器模型的空间笛卡尔网格；
S202：确定空间笛卡尔网格与表面网格之间的相对位置关系，根据相对位置关系，识别与表面网格相交的空间笛卡尔网格，作为表面相交笛卡尔网格；
S203：通过对表面相交笛卡尔网格进行加密，得到更新后的空间笛卡尔网格；
S204：判断最密一层的笛卡尔网格是否达到自适应加密次数；
如果未达到，则返回执行S202-S204，直至最密一层的笛卡尔网格达到设定的自适应加密次数，则执行S205：将最后一次更新后的空间笛卡尔网格确定为飞行器模型的笛卡尔网格。
举例来说，S202中可以根据空间笛卡尔网格中网格点的坐标信息和表面网格中网格点的坐标信息，计算空间笛卡尔网格与表面网格之间的相对位置关系，根据该相对位置关系可以将空间笛卡尔网格分为三类：与表面网格相交的空间笛卡尔网格，位于表面网格内部的空间笛卡尔网格，位于表面网格外部的空间笛卡尔网格。为了方便描述，将“与表面网格相交的空间笛卡尔网格”称为表面相交笛卡尔网格。
之后，将该表面相交笛卡尔网格进行一次加密，被加密的各网格单元会被均匀划分为8个均匀的子单元，加密后得到的网格（或者说被划分后的网格）即为更新后的空间笛卡尔网格。这里的“均匀划分为8个均匀的子单元”仅为举例说明，并不对实际的加密算法构成限定。
判断更新后的空间笛卡尔网格中，最密一层的笛卡尔网格是否达到自适应加密次数，如果达到，则将该更新后的空间笛卡尔网格作为飞行器模型最终的笛卡尔网格，如果未达到，则重新确定表面相交笛卡尔网格，继续加密，直至最密一层的笛卡尔网格达到自适应加密次数。
本发明的其他实施方式中，自适应笛卡尔网格生成参数也可以包括其他参数，具体参数可以根据实际情况设定。或者也可以采用其他方式生成飞行器模型的笛卡尔网格，笛卡尔网格的具体生成方式不做限定。
S104：基于该来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息。
举例来说，流场的流动控制方程可以为Navier-Stokes方程或Euler方程等等，具体不做限定。流场状态信息中可以包括笛卡尔网格对应的速度、密度、压强等信息。
由于后续步骤中涉及对笛卡尔网格的更新，因此，S104中的笛卡尔网格是最新的笛卡尔网格。S103之后第一次执行S104时，S104中的笛卡尔网格是S103中生成的笛卡尔网格，此后，在S111之后执行S104时，S104中的笛卡尔网格是每次更新后的笛卡尔网格。
S105：将位于飞行器模型的表面的笛卡尔网格的网格单元在该表面插值得到该表面的压力分布，通过将该压力分布在飞行器模型的表面积分得到飞行器模型的受力状态信息。
如上所述，流场状态信息中可以包括笛卡尔网格对应的速度、密度、压强等信息，可以将位于飞行器模型表面的笛卡尔网格单元在表面插值得到表面的压力分布，然后通过在飞行器模型表面积分计算得到飞行器模型的受力状态信息，例如，气动力、气动力矩等等。
S106：根据飞行器模型的受力状态信息，通过飞行器运动学方程，计算得到飞行器模型的质心位移和姿态变化信息。
举例来说，飞行器运动学方程可以为刚体六自由度方程，具体方程不做限定。飞行器模型的姿态变化信息可以包括俯仰角变化信息、滚转角变化信息、偏航角变化信息等等。
S107：在状态参数的基础上，根据飞行器模型的质心位移和姿态变化信息，确定飞行器模型变化后的位置和姿态。
上述S101中确定出了飞行器模型的状态参数，在该状态参数的基础上，叠加S106中计算出的质心位移和姿态变化信息，可以得到飞行器模型变化后的位置和姿态。
S108：计算飞行器模型变化后的位置和姿态与控制参数之间的偏差。
S109：判断该偏差是否满足预设仿真条件；如果不满足，执行S110；如果满足，执行S112。
S110：基于该偏差，计算飞行器模型的操纵面偏角变化值。
S111：根据飞行器模型的操纵面偏角变化值，更新飞行器模型的笛卡尔网格，并返回执行S104。
S112：将该飞行器模型变化后的位置和姿态确定为仿真结果。
图1所示实施例可以理解为一个循环调整、或者说闭环反馈的过程，经过多次调整满足仿真条件后，调整结束。该仿真条件可以根据实际需求进行设定，具体条件不做限定。
本发明的一种实施方式中，S110可以包括：将所述偏差输入至PID控制器，得到所述PID控制器输出的所述飞行器模型的操纵面偏角变化值。
PID：P表示Proportion，比例；I表示Integral，积分；D表示Differential，微分。本实施例中闭环反馈的构思可以如图3所示，图3为对飞行器模型的闭环反馈控制系统示意图，该控制系统采用PID控制器建立控制变量与状态变量之间的反馈关系，控制思路可以理解为：根据飞行器模型的状态方程进行数学建模，以及基于传递函数对飞行器模型的状态进行闭环反馈控制。
图3中，θt表示控制参数，θr表示飞行器模型变化后的位置和姿态，e表示θr与
θt之间的偏差，将偏差e输入至PID控制器。举例来说，PID控制器可以与Navier-Stokes数值求解器以松耦合的方式进行作用，其写成时域表达式为：
其中，kP、kI、kD均为待定参数，通过参数整定法确定，kP可以理解为比例部分的待定参数，kI可以理解为积分部分的待定参数，kD可以理解为微分部分的待定参数。
图3中，δr表示飞行器模型的操纵面偏角变化值，CFD表示流动计算，RBD表示RigidBody Dynamics刚体动力学，即飞行器运动计算，CFD可以对应于S104，RBD可以对应于S106。
根据飞行器模型的操纵面偏角变化值δr，计算对应的表面网格坐标信息，并参照S103进行笛卡尔网格的更新，将更新后的笛卡尔网格代入S104进行流动计算，得到更新后的笛卡尔网格对应的流场状态信息。重复S104-S111，直至S109判断结果为满足的情况下，执行S112得到仿真结果。
本发明所示实施例提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备，笛卡尔网格具有网格生成自动化程度高、复杂外形适应性好等优势，在仿真过程中应用笛卡尔网格，可以提高整个仿真过程的自动化程度。应用本发明实施例可以实现有控飞行动力学问题的自动化CFD仿真，减少复杂外形飞行器气动/运动/控制问题模拟过程中人工生成网格的时间，缩短飞行器仿真周期，并降低人力成本。
与上述方法实施例相对应，本发明实施例还提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真装置，如图4所示，包括：
获取模块401，用于获取飞行器模型，确定所述飞行器模型的状态参数；
设定模块402，用于设定针对所述飞行器模型的来流参数以及控制参数；
生成模块403，用于生成所述飞行器模型的笛卡尔网格；
CFD计算模块404，用于基于所述来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息；
插值积分模块405，用于将位于所述飞行器模型的表面的笛卡尔网格的网格单元在所述表面插值得到所述表面的压力分布，通过将所述压力分布在所述飞行器模型的表面积分得到所述飞行器模型的受力状态信息；
运动计算模块406，用于根据所述飞行器模型的受力状态信息，通过飞行器运动学方程，计算得到所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息；
第一确定模块407，用于在所述状态参数的基础上，根据所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息，确定所述飞行器模型变化后的位置和姿态；
偏差计算模块408，用于计算所述飞行器模型变化后的位置和姿态与所述控制参数之间的偏差；
第一判断模块409，用于判断所述偏差是否满足预设仿真条件；如果不满足，则触发操纵面偏角变化计算模块410；如果满足，则触发第二确定模块412；
操纵面偏角变化计算模块410，用于基于所述偏差，计算所述飞行器模型的操纵面偏角变化值；
更新模块411，用于根据所述飞行器模型的操纵面偏角变化值，更新所述飞行器模型的笛卡尔网格，并返回触发CFD计算模块404；
第二确定模块412，用于将所述飞行器模型变化后的位置和姿态确定为仿真结果。
本发明的一种实施方式中，生成模块403包括：第一生成子模块和第二生成子模块（图中未示出），其中，
第一生成子模块，用于生成所述飞行器模型的表面网格；
第二生成子模块，用于根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格。
本发明的一种实施方式中，所述自适应笛卡尔网格生成参数包括：计算域、待生成的笛卡尔网格的尺寸、自适应加密次数；
所述第二生成子模块，具体用于：
根据所述计算域和所述待生成的笛卡尔网格的尺寸，生成填充整个计算域的所述飞行器模型的空间笛卡尔网格；
确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系，根据所述相对位置关系，识别与所述表面网格相交的空间笛卡尔网格，作为表面相交笛卡尔网格；
通过对所述表面相交笛卡尔网格进行加密，得到更新后的空间笛卡尔网格；
判断最密一层的笛卡尔网格是否达到所述自适应加密次数；
如果未达到，则返回执行所述确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系的步骤及后续步骤；直至最密一层的笛卡尔网格达到设定的自适应加密次数，则将最后一次更新后的空间笛卡尔网格确定为所述飞行器模型的笛卡尔网格。
本发明的一种实施方式中，操纵面偏角变化计算模块410具体用于：
将所述偏差输入至PID控制器，得到所述PID控制器输出的所述飞行器模型的操纵面偏角变化值。
本发明所示实施例提供了一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法、装置及设备，笛卡尔网格具有网格生成自动化程度高、复杂外形适应性好等优势，在仿真过程中应用笛卡尔网格，可以提高整个仿真过程的自动化程度。应用本发明实施例可以实现有控飞行动力学问题的自动化CFD仿真，减少复杂外形飞行器气动/运动/控制问题模拟过程中人工生成网格的时间，缩短飞行器仿真周期，并降低人力成本。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括处理器501和存储器502，
存储器502，用于存放计算机程序；
处理器501，用于执行存储器502上所存放的程序时，实现上述任意一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法。
上述电子设备提到的存储器可以包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM），也可以包括非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital SignalProcessing，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任意一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质（例如固态硬盘Solid State Disk (SSD)）等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例、设备实施例、计算机可读存储介质实施例、以及计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于笛卡尔网格的运动仿真方法，其特征在于，包括：
获取飞行器模型，确定所述飞行器模型的状态参数；
设定针对所述飞行器模型的来流参数以及控制参数；
生成所述飞行器模型的笛卡尔网格；
基于所述来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息；
将位于所述飞行器模型的表面的笛卡尔网格的网格单元在所述表面插值得到所述表面的压力分布，通过将所述压力分布在所述飞行器模型的表面积分得到所述飞行器模型的受力状态信息；
根据所述飞行器模型的受力状态信息，通过飞行器运动学方程，计算得到所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息；
在所述状态参数的基础上，根据所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息，确定所述飞行器模型变化后的位置和姿态；
计算所述飞行器模型变化后的位置和姿态与所述控制参数之间的偏差；
判断所述偏差是否满足预设仿真条件；
如果不满足，则基于所述偏差，计算所述飞行器模型的操纵面偏角变化值；
根据所述飞行器模型的操纵面偏角变化值，更新所述飞行器模型的笛卡尔网格，并返回执行所述基于所述来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息的步骤及后续步骤，直至所述偏差满足预设仿真条件的情况下，将所述飞行器模型变化后的位置和姿态确定为仿真结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成所述飞行器模型的笛卡尔网格，包括：
生成所述飞行器模型的表面网格；
根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述自适应笛卡尔网格生成参数包括：计算域、待生成的笛卡尔网格的尺寸、自适应加密次数；
所述根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格，包括：
根据所述计算域和所述待生成的笛卡尔网格的尺寸，生成填充整个计算域的所述飞行器模型的空间笛卡尔网格；
确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系，根据所述相对位置关系，识别与所述表面网格相交的空间笛卡尔网格，作为表面相交笛卡尔网格；
通过对所述表面相交笛卡尔网格进行加密，得到更新后的空间笛卡尔网格；
判断最密一层的笛卡尔网格是否达到所述自适应加密次数；
如果未达到，则返回执行所述确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系的步骤及后续步骤；直至最密一层的笛卡尔网格达到设定的自适应加密次数，则将最后一次更新后的空间笛卡尔网格确定为所述飞行器模型的笛卡尔网格。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述偏差，计算所述飞行器模型的操纵面偏角变化值，包括：
将所述偏差输入至PID控制器，得到所述PID控制器输出的所述飞行器模型的操纵面偏角变化值。
5.一种基于笛卡尔网格的运动仿真装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取飞行器模型，确定所述飞行器模型的状态参数；
设定模块，用于设定针对所述飞行器模型的来流参数以及控制参数；
生成模块，用于生成所述飞行器模型的笛卡尔网格；
CFD计算模块，用于基于所述来流参数和最新的笛卡尔网格，通过求解流场的流动控制方程，进行CFD数值计算，收敛后得到当前时刻的流场状态信息；
插值积分模块，用于将位于所述飞行器模型的表面的笛卡尔网格的网格单元在所述表面插值得到所述表面的压力分布，通过将所述压力分布在所述飞行器模型的表面积分得到所述飞行器模型的受力状态信息；
运动计算模块，用于根据所述飞行器模型的受力状态信息，通过飞行器运动学方程，计算得到所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息；
第一确定模块，用于在所述状态参数的基础上，根据所述飞行器模型的质心位移和姿态变化信息，确定所述飞行器模型变化后的位置和姿态；
偏差计算模块，用于计算所述飞行器模型变化后的位置和姿态与所述控制参数之间的偏差；
第一判断模块，用于判断所述偏差是否满足预设仿真条件；如果不满足，则触发操纵面偏角变化计算模块；如果满足，则触发第二确定模块；
操纵面偏角变化计算模块，用于基于所述偏差，计算所述飞行器模型的操纵面偏角变化值；
更新模块，用于根据所述飞行器模型的操纵面偏角变化值，更新所述飞行器模型的笛卡尔网格，并返回触发所述CFD计算模块；
第二确定模块，用于将所述飞行器模型变化后的位置和姿态确定为仿真结果。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述生成模块，包括：
第一生成子模块，用于生成所述飞行器模型的表面网格；
第二生成子模块，用于根据所述表面网格和设定的自适应笛卡尔网格生成参数，生成所述飞行器模型的笛卡尔网格。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述自适应笛卡尔网格生成参数包括：计算域、待生成的笛卡尔网格的尺寸、自适应加密次数；
所述第二生成子模块，具体用于：
根据所述计算域和所述待生成的笛卡尔网格的尺寸，生成填充整个计算域的所述飞行器模型的空间笛卡尔网格；
确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系，根据所述相对位置关系，识别与所述表面网格相交的空间笛卡尔网格，作为表面相交笛卡尔网格；
通过对所述表面相交笛卡尔网格进行加密，得到更新后的空间笛卡尔网格；
判断最密一层的笛卡尔网格是否达到所述自适应加密次数；
如果未达到，则返回执行所述确定空间笛卡尔网格与所述表面网格之间的相对位置关系的步骤及后续步骤；直至最密一层的笛卡尔网格达到设定的自适应加密次数，则将最后一次更新后的空间笛卡尔网格确定为所述飞行器模型的笛卡尔网格。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述操纵面偏角变化计算模块，具体用于：
将所述偏差输入至PID控制器，得到所述PID控制器输出的所述飞行器模型的操纵面偏角变化值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-4任一所述的方法步骤。
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