CN114595647A - 一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法 - Google Patents

一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法 Download PDF

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CN114595647A CN202210500364.0A CN202210500364A CN114595647A CN 114595647 A CN114595647 A CN 114595647A CN 202210500364 A CN202210500364 A CN 202210500364A CN 114595647 A CN114595647 A CN 114595647A
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Abstract

本发明公开了一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，涉及空气动力试验领域，所述方法包括：建立磁浮飞行风洞仿真模型；基于可压缩体求解算法和结构动力学方程建立气动结构耦合仿真平台；基于可压缩体求解算法对所述磁浮飞行风洞仿真模型进行结构化网格划分，获得磁浮飞行风洞仿真网格模型；基于所述气动结构耦合仿真平台对所述磁浮飞行风洞仿真网格模型进行求解，获得仿真结果；所述仿真结果进行分析评估；本发明能够实现数值计算中的时间与空间统一以保证磁浮飞行风洞气动结构流固耦合计算的同步性和准确性。

Description

一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法
技术领域
本发明涉及空气动力试验领域，具体地，涉及一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法。
背景技术
在航空航天领域，各类先进的军民用航空航天飞行器发展必然给国防安全和社会经济带来巨大变化，同时也面临量新的空气动力学问题需要攻关突破如高速气动力精确预测及一体化设计、湍流减阻、边界层转捩、地面效应等基础和前沿问题都强烈依赖于风洞试验，而且对风洞的流场动态特性、低扰动特性以及特种模拟能力提出了更高的要求，传统风洞设备越来难以满足日益特殊空气动力试验需求。除此之外，在先进轨道交通领域，磁浮真空管道超高速列车等先进轨道交通技术已经是重点研发方向。真空管道列车面临着复杂的激波边界层干扰、超声速气动减阻、管道激波反射、活塞效应等一系列复杂的空气动力学问题，必须要在风洞中加以解决。目前，传统跨超声速风洞存在试验段尺寸（长度及截面积）和气流相对运动带来的模拟真实性不足等问题，难以解决受限空间内超高速列车的空气动力特性及其力/热/结构/控制耦合的科学问题。
“飞行风洞”的概念最早由美国研究者在上世纪90年代所提出，具备“体动风静”的特殊运行方式和性能优势。NASA- Langley Research Center在较早以前就开始关注这一全新概念的地面试验设备，称之为高升力飞行风洞（High-Lift Flight Tunnel），并开展了三期关键技术的研究和论证规划工作，由于该设备设计建设相关的关键技术攻关难度较高，因此，NASA- Langley Research Center至今仍未取得较明显的进展。磁浮技术的限制磁浮飞行风洞是利用真空管道列车概念结合动模型试验技术提出的一种新概念风洞设备，其原理是在一段封闭的直线长管道内安装磁浮驱动模型运动机构，利用电磁悬浮、牵引和导向技术驱动模型高速运动，模拟各类飞行器及高速列车运动的物理过程，构建接近真实飞行环境和运动特点的“体动风静”的试验状态，可以满足航空航天飞行器、高速列车等宽马赫数范围、宽雷诺数范围、低噪声、低湍流度、高真空度（高空）、特殊气体介质、受限空间条件下的空气动力学及其交叉学科地面试验需求。
磁浮飞行风洞采用高速磁浮驱动试验模型在等截面、直线、密闭管道内做加速、匀速及减速运动，通过改变模型运动机构的加速度及加速时间来实现运行马赫数的精确调节和控制，可以模拟模型的快速加速/减速过程及速度急剧变化时的气动现象。试验过程中，风洞内模型高速运动过程所产生的气动力和声波的传播十分复杂，同时模型和各种平台在密闭管道内高速运动过程所受到的气动特性与结构之间还存在相互作用，属于气动结构交叉学科之间的耦合问题，传统流体力学仿真的方法在处理此类动模型高速运动的耦合问题还存在一定的局限性。
试验过程中，风洞内模型高速运动过程所产生的气动力和声波的传播十分复杂，存在正激波、斜激波和反射激波等复杂波系。同时模型和各种平台在密闭管道内高速运动过程所受到的气动特性与结构之间还存在相互作用，属于气动结构交叉学科之间的耦合问题。现有方法大都是针对微分方程来进行数值离散的，且一般都把时间和空间方向分开来处理，这就很难严格保证本质上是时间与空间统一的物理守恒律。
发明内容
本发明目的是实现数值计算中的时间与空间统一以保证磁浮飞行风洞气动结构流固耦合计算的同步性和准确性。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，所述方法包括：
建立磁浮飞行风洞仿真模型；
基于可压缩体求解算法和结构动力学方程建立气动结构耦合仿真平台；
基于可压缩体求解算法对所述磁浮飞行风洞仿真模型进行结构化网格划分，获得磁浮飞行风洞仿真网格模型；
基于所述气动结构耦合仿真平台对所述磁浮飞行风洞仿真网格模型进行求解，获得仿真结果；
所述仿真结果进行分析评估。
优选的，所述仿真结果包括：磁浮飞行风洞仿真模型运动过程中的气动力参数变化信息、波系传播特性信息以及磁浮风洞管道内压力分布信息。
优选的，所述磁浮飞行风洞仿真模型包括：磁浮风洞管道，所述磁浮风洞管道内设有轨道，所述轨道上悬浮有可在所述轨道上移动的磁浮平台，所述磁浮平台用于携带试验模型在磁浮风洞管道内移动。
优选的，所述可压缩体求解算法为时-空守恒元和解元算法。
优选的，所述时-空守恒元和解元算法具体包括：
构建一维的波传播方程；所述波传播方程为：
Figure 721157DEST_PATH_IMAGE001
；其中，
Figure 758384DEST_PATH_IMAGE002
为流体质点流体变量，
Figure 161552DEST_PATH_IMAGE003
时间的微分量，
Figure 450582DEST_PATH_IMAGE004
流体场空间坐标的微分量，
Figure 68645DEST_PATH_IMAGE005
为对流项常数；
构建二维欧拉空间域
Figure 466653DEST_PATH_IMAGE006
，将所述波传播方程变换为积分形式：
Figure 373429DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 59625DEST_PATH_IMAGE008
且
Figure 735457DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 114486DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 508558DEST_PATH_IMAGE011
分别为
Figure 185396DEST_PATH_IMAGE012
表面单元外法向的面积和单位向量，
Figure 512472DEST_PATH_IMAGE012
为
Figure 85DEST_PATH_IMAGE006
内任意时间-空间域
Figure 881454DEST_PATH_IMAGE013
的边界，
Figure 175032DEST_PATH_IMAGE014
为流体运动速度；
建立解元SE和守恒元CE，在
Figure 559877DEST_PATH_IMAGE006
域内坐标上某点中心的时间空间区域内部边界对流体变量进行近似的泰勒级数展开可得：
Figure 15129DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 367482DEST_PATH_IMAGE016
为SE单元内部流体变量，
Figure 402434DEST_PATH_IMAGE017
空间坐标，
Figure 969681DEST_PATH_IMAGE018
为时间坐标，
Figure 533518DEST_PATH_IMAGE019
时间空间区域守恒元
Figure 186216DEST_PATH_IMAGE020
点的流体变量，
Figure 759280DEST_PATH_IMAGE021
为
Figure 367985DEST_PATH_IMAGE020
点的流体变量的微分，
Figure 430619DEST_PATH_IMAGE022
流体场空间坐标的微分量，
Figure 242717DEST_PATH_IMAGE023
为
Figure 681788DEST_PATH_IMAGE020
点的空间坐标，
Figure 895732DEST_PATH_IMAGE024
流体场时间坐标的微分量，
Figure 129267DEST_PATH_IMAGE025
为
Figure 694241DEST_PATH_IMAGE020
点的时间坐标；
通过流体的对流扩散方程将时间和空间导数相关获得：
Figure 861305DEST_PATH_IMAGE026
沿CE所形成的直线域进行时间和空间积分获得：
Figure 195334DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 599770DEST_PATH_IMAGE028
为时间-空间域的沿CE所形成的边界，
Figure 386461DEST_PATH_IMAGE029
为时空通量密度矢量。
优选的，应用所述可压缩体求解算法进行求解时还包括：进行边界条件的定义，包括定义流体域边界上的流体压力、流体密度、流体温度和来流速度。
优选的，所述方法分别对流场和结构单独进行网格划分和时间步长设置，气动结构耦合仿真平台追踪流场域和结构域中最小时间步长进行计算。
优选的，所述气动结构耦合仿真平台将流体求解器和结构求解器进行一致求解，所述气动结构耦合仿真平台气动结构耦合过程中将拉格朗日结构嵌入到流体域中，并在每个时间步内将节点位移和速度信息作为向流体求解器传递的变量。
优选的，所述气动结构耦合仿真平台在初始求解时间步内，可压缩体求解算法首先用初始速度和压力求解可压缩流场获得界面压力，然后将界面压力作为边界条件施加到结构域上，在结构域进行求解后得到节点的位移和速度，然后将边界节点上的位移和速度返回到流体场，令流体和结构进入收敛迭代的过程，当满足收敛条件后进入下一个时间步的计算。
优选的，所述方法根据计算工况参数对所述仿真结果进行分析评估。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明可以实现磁浮飞行风洞气动与结构耦合计算空间量与时间量统一处理，严格保证本质上是时间与空间统一的物理守恒律。
本方法把流场基本变量及其对空间偏导数都作为独立变量，同时进行求解，这与传统方法相比，在相同网格点数的情况下，格式的精度可以达到更高，进而仿真的结果更准确。
本方法除利用了简单的泰勒级数展开式外，无需任何其它的数值逼近技术，无需求解黎曼问题，也不需要任何单调性限制或特征技术，计算简单易于实现。
本方法可用来针对性求解含有磁浮飞行风洞中正激波、斜激波和反射激波等复杂波系的问题，其高分辨率的数值结果比目前广泛流行计算方法更好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法的流程示意图；
图2是本发明中流固耦合平台示意图；
图3是本发明中基于CE/SE算法的流固耦合求解流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
请参考图1，图1为磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法的流程示意图，本发明提供了一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，所述方法包括：
建立磁浮飞行风洞仿真模型；
基于可压缩体求解算法和结构动力学方程，结构动力学方程见参考文献“ASpace-Time Conservation Element and Solution Element for Solving the Two- andThree-Dimensional Unsteady Euler Equations Using Quadrilateral and HexagonalMeshs-J. Comput. Phy.-Zhang Z.C., Chang S.C. and Yu S. T.”，建立气动结构耦合仿真平台；
基于可压缩体求解算法对所述磁浮飞行风洞仿真模型进行结构化网格划分，结构化网格划分具体方法见参考文献“A Space-Time Conservation Element and SolutionElement for Solving the Two- and Three-Dimensional Unsteady Euler EquationsUsing Quadrilateral and Hexagonal Meshs-J. Comput. Phy.-Zhang Z.C., ChangS.C. and Yu S. T.”，获得磁浮飞行风洞仿真网格模型；
基于所述气动结构耦合仿真平台对所述磁浮飞行风洞仿真网格模型进行求解，获得仿真结果；
所述仿真结果进行分析评估。
其中，在实际应用中，根据实际的计算工况参数对所述仿真结果进行分析评估，实际的计算工况参数可以根据实际需要进行灵活设定本发明实施例不进行具体的限定。
磁浮飞行风洞是一种“体动风静”运行模式的新概念空气动力试验设备，其中动模型在长直线密闭管道中高速运动过程的气动特性复杂，涉及到波系传播和气动与结构之间的单向耦合问题，本发明主要研究磁浮飞行风洞动模型高速运行过程的气动结构耦合仿真评估方法，从气动结构耦合仿真的角度对磁浮飞行风洞试验过程动模型高速运动所产生的非定常气动特性进行了分析和评估，基于一种新型时空守恒元和解元方法耦合求解了管道内动模型周围的三维可压缩流场变化，获得了动模型高速运动过程的气动力参数变化、波系传播特性以及管道内压力分布，为磁浮飞行风洞消波措施设计等关键技术问题提供支撑。
本发明结合动网格等技术，利用新型的气动结构耦合仿真方法对动模型试验过程进行数值模拟，从气动结构耦合的角度评估动模型在密闭管道内高速运动过程的气动特性问题，为磁浮飞行风洞流动控制系统设计提供强技术支撑，从而支撑磁浮飞行风洞设计方案以及动模型试验方法能力的建设。
在此工程和技术背景下，基于可用于超声速流固耦合问题研究的CE/SE理论方法及气动结构分区耦合技术，根据磁浮飞行风洞的实际试验需求合理建立仿真工况，从气动结构耦合的角度对磁浮飞行风洞动模型三维情况下在密闭管道内的加速、匀速和减速全过程进行气动特性仿真评估，分析动模型密闭管道内高速运动的流固耦合机理问题，获得气动流场参数的时间历程变化曲线，为磁浮飞行风洞流动控制系统和消波措施等技术方案设计提供支撑。
本发明首次对磁浮飞行风洞这一新概念气动设备的气动与结构耦合动力学问题开展深入研究，创新性的应用基于时-空守恒元和解元方法（Space-Time ConservationElement and Solution Element method, CE/SE）的超声速流固耦合方法研究模型密闭管道内高速运动过程引起的膨胀波和压缩波系传播演化机理问题，可以有力的促进磁浮飞行风洞这一新概念空气动力试验设备的设计与建设。
本发明通过引入时-空守恒元和解元方法求解分析，实现数值计算中的时间与空间统一以保证磁浮飞行风洞气动结构流固耦合计算的同步性和准确性，同时需要提高对复杂波系结构的捕捉精度，以期准确分析超声速流固耦合方法研究模型密闭管道内高速运动过程引起的膨胀波和压缩波系传播演化机理。
对磁浮飞行风洞的磁浮平台和轨道模型进行适当简化，仿真计算管道内运行过程平台及模型所受到的气动力。简化后的管道及轨道横截面与平台中管道截面可以沿轴向直接拉伸形成三维管道模型，管道的轴向总长度为磁浮飞行风洞的长度。
流体求解方法：
时-空守恒元和解元方法（Space-Time Conservation Element and SolutionElement method, CE/SE）是近年来兴起的一种全新的高分辨率守恒型方程数值积分方法，由S. C. Chang于1995年提出。它将时间和空间统一起来同等对待，利用守恒型积分方程，通过定义解元（Solution Element, SE）和守恒元（Conservation Element, CE）使得局部和整体都严格满足守恒律。该方法通过Zeng-Chan Zhang等人的开发，作为一种新型的可压缩体求解算法来求解二维和三维的非稳态欧拉方程，并被应用于解决冲击波、气动噪声、磁流体力学等典型的多物理场耦合问题。
首先给出一维的波传播方程如下：
Figure 901756DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式中：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
为流体质点流体变量，
Figure 355871DEST_PATH_IMAGE031
时间的微分量，
Figure 383739DEST_PATH_IMAGE004
流体场空间坐标的微分量。
其中
Figure 657725DEST_PATH_IMAGE005
为对流项常数，该方程令单元空间离散，在不同空间位置和给定时间产生离散点。CE/SE方法通过构建二维欧拉空间域
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
来将时间作为附加空间坐标考虑，在
Figure 179973DEST_PATH_IMAGE032
内时间和空间上应用高斯散度定理，从而将微分形式的公式(1)写为积分形式如下
Figure 488595DEST_PATH_IMAGE007
（2）
式中：
Figure 234834DEST_PATH_IMAGE033
且
Figure 979805DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 102482DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 31DEST_PATH_IMAGE011
分别为
Figure 917171DEST_PATH_IMAGE012
表面单元外法向的面积和单位向量。
其中
Figure 431329DEST_PATH_IMAGE012
为
Figure 29801DEST_PATH_IMAGE032
内任意时间-空间域
Figure 844173DEST_PATH_IMAGE013
的边界，在
Figure 384745DEST_PATH_IMAGE032
域内建立一个单元体积，该体积内的单元可以保证在时间和空间当地守恒且被统一处理，这是构建守恒元CE的关键。之后建立SE，保证SE单元内的变量足够小从而可以在
Figure 917357DEST_PATH_IMAGE032
域内坐标上某点中心的时间空间区域内部边界附近对流体变量进行近似的泰勒级数展开：
Figure 585099DEST_PATH_IMAGE015
（3）
式中：
Figure 191661DEST_PATH_IMAGE016
为SE单元内部流体变量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
空间坐标，
Figure 919445DEST_PATH_IMAGE035
为时间坐标，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
时间空间区域守恒元
Figure 394813DEST_PATH_IMAGE020
点的流体变量，
Figure 600667DEST_PATH_IMAGE021
为
Figure 389631DEST_PATH_IMAGE020
点的流体变量的微分，
Figure 22738DEST_PATH_IMAGE022
流体场空间坐标的微分量，
Figure 264363DEST_PATH_IMAGE023
为
Figure 8328DEST_PATH_IMAGE020
点的空间坐标，
Figure 917379DEST_PATH_IMAGE024
流体场时间坐标的微分量，
Figure 705075DEST_PATH_IMAGE037
为
Figure 699576DEST_PATH_IMAGE020
点的时间坐标。
通过流体的对流扩散方程将时间和空间导数相关，即：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
（4）
之后使用流体的对流扩散方程可以令时间和空间的导数相关，从而仅存在
Figure 450494DEST_PATH_IMAGE039
和它的空间导数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
两个未知量。
最后为了令系统封闭定义两个CE的方程，之后获取积分形式的对流方程，如公式(2)所示。则CESE格式可以保证SE在时间和空间上的统一守恒。为保证流体守恒，沿CE所形成的直线域进行时间和空间积分如下
Figure 417313DEST_PATH_IMAGE041
（5）
式中：
Figure 110331DEST_PATH_IMAGE028
为时间-空间域的沿CE所形成的边界，
Figure 592128DEST_PATH_IMAGE029
为时空通量密度矢量。
求解过程可以进行边界条件的定义，包括施加压力、密度、温度和速度。处理远场边界条件问题时使用无反射边界条件(Non-reflective Boundary Condition)，对于固定壁面边界(Solid Wall Boundary Condition)和反射边界(Reflective BoundaryCondition)，法向速度分量应与来流速度的大小相等且方向相反，从而使得交界面的速度为零。除此之外，对于固定壁面边界，还要令切向速度分量与来流方向相反，从而令交界面为空。
气动结构耦合平台：
对于气动结构耦合问题需要将流体求解器和结构求解器进行一致求解，寻找信息传递变量，建立耦合平台。这里可以将CE/SE求解算法和结构动力学求解算法进行耦合来实现高速运动过程的气动结构耦合计算仿真。由于两个求解算法可以分别独立进行计算，因此可以分别对流场和结构单独进行网格划分和时间步长设置，耦合系统自动追踪两个域中最小时间步长进行计算。气动结构耦合过程需要将拉格朗日结构嵌入到流体域中，并在每个时间步内将节点位移和速度信息作为向流体求解器传递的变量。在初始求解时间步内，CE/SE算法首先用初始速度和压力求解可压缩流场，获得界面压力。之后将压力作为边界条件施加到结构域上，结构域进行求解后，得到节点的位移和速度，再将边界节点上的位移和速度返回到流体场，从而令流体和结构进入收敛迭代的过程。当满足收敛条件后，再进入下一个时间步的计算，整个系统具体的流固耦合迭代过程如图2和图3所示。
数值仿真：
模型及参数设置
结构有限元模型主要由磁浮飞行风洞磁浮平台和试验模型组成。流体网格域的长度为1000米，根据给予CE/SE耦合求解算法的特点，流场采用结构化网格，最小网格尺寸为0.01m，结构加上流体网格共计约1200万单元。
仿真模型采用的长度单位为m，时间单位为s，质量单位为kg。平台和结构模型假设为不变形，材料采用的是刚体材料。
根据磁浮飞行风洞试验条件建立相应的气动结构耦合仿真分析工况，设置具体条件参数，考虑重力因素影响，确定模型模拟的试验堵塞比并建立数值模型，最后通过仿真计算获得评估结果。
通过仿真计算还可以获得管道末端的压力波变化情况，进一步指导开展消波措施设计。
本发明针对磁浮飞行风洞设计过程涉及到的气动结构耦合动力学问题，研究了一种动模型气动结构耦合仿真评估方法。可以对动模型在磁浮飞行风洞直线密闭管道内高速运动过程的非定常气动特性进行预测，观察管道内三维流场参数的演化过程，为磁浮飞行风洞等新概念空气动力试验设备的设计建设提供技术支撑。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述方法包括：
建立磁浮飞行风洞仿真模型；
基于可压缩体求解算法和结构动力学方程建立气动结构耦合仿真平台；
基于可压缩体求解算法对所述磁浮飞行风洞仿真模型进行结构化网格划分，获得磁浮飞行风洞仿真网格模型；
基于所述气动结构耦合仿真平台对所述磁浮飞行风洞仿真网格模型进行求解，获得仿真结果；
所述仿真结果进行分析评估。
2.根据权利要求1所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述仿真结果包括：磁浮飞行风洞仿真模型运动过程中的气动力参数变化信息、波系传播特性信息以及磁浮风洞管道内压力分布信息。
3.根据权利要求1所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述磁浮飞行风洞仿真模型包括：磁浮风洞管道，所述磁浮风洞管道内设有轨道，所述轨道上悬浮有可在所述轨道上移动的磁浮平台，所述磁浮平台用于携带试验模型在磁浮风洞管道内移动。
4.根据权利要求1所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述可压缩体求解算法为时-空守恒元和解元算法。
5.根据权利要求4所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述时-空守恒元和解元算法具体包括：
构建一维的波传播方程；所述波传播方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为流体质点流体变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
时间的微分量，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
流体场空间坐标的微分量，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为对流项常数；
构建二维欧拉空间域
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，将所述波传播方程变换为积分形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
且
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022
分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE024
表面单元外法向的面积和单位向量，
Figure 379910DEST_PATH_IMAGE024
为
Figure 31471DEST_PATH_IMAGE012
内任意时间-空间域
Figure DEST_PATH_IMAGE026
的边界，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为流体运动速度；
建立解元SE和守恒元CE，在
Figure 864736DEST_PATH_IMAGE012
域内坐标上某点中心的时间空间区域内部边界对流体变量进行近似的泰勒级数展开可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为SE单元内部流体变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
空间坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为时间坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
时间空间区域守恒元
Figure DEST_PATH_IMAGE040
点的流体变量，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为
Figure 853420DEST_PATH_IMAGE040
点的流体变量的微分，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
流体场空间坐标的微分量，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为
Figure 589164DEST_PATH_IMAGE040
点的空间坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
流体场时间坐标的微分量，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为
Figure 473944DEST_PATH_IMAGE040
点的时间坐标；
通过流体的对流扩散方程将时间和空间导数相关获得：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
沿CE所形成的直线域进行时间和空间积分获得：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为时间-空间域的沿CE所形成的边界，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
为时空通量密度矢量。
6.根据权利要求1所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，应用所述可压缩体求解算法进行求解时还包括：进行边界条件的定义，包括定义流体域边界上的流体压力、流体密度、流体温度和来流速度。
7.根据权利要求1所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述方法分别对流场和结构单独进行网格划分和时间步长设置，气动结构耦合仿真平台追踪流场域和结构域中最小时间步长进行计算。
8.根据权利要求7所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述气动结构耦合仿真平台将流体求解器和结构求解器进行一致求解，所述气动结构耦合仿真平台气动结构耦合过程中将拉格朗日结构嵌入到流体域中，并在每个时间步内将节点位移和速度信息作为向流体求解器传递的变量。
9.根据权利要求1所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述气动结构耦合仿真平台在初始求解时间步内，可压缩体求解算法首先用初始速度和压力求解可压缩流场获得界面压力，然后将界面压力作为边界条件施加到结构域上，在结构域进行求解后得到节点的位移和速度，然后将边界节点上的位移和速度返回到流体场，令流体和结构进入收敛迭代的过程，当满足收敛条件后进入下一个时间步的计算。
10.根据权利要求1所述的磁浮飞行风洞气动结构耦合仿真评估方法，其特征在于，所述方法根据计算工况参数对所述仿真结果进行分析评估。
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