CN115658690A - 规范cfd验证和确认算例数据入库的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的规范CFD验证和确认算例数据入库的方法，包括算例数据组织、算例数据整理标准和算例数据入库标准；算例数据整理标准包括算例数据命名规范、算例描述文件编制规范、自描述文件定义规范、计算网格数据整理标准、计算结果数据整理标准和试验结果数据整理标准；所述算例数据入库标准基于所述算例数据整理标准产出的数据，采用便于国内用户使用习惯的层级树状组织结构，从新建算例、基本属性、算例描述、可比较数据、提取工具、相关文档等角度录入算例数据库。本发明提供的技术方案规范并保证了提交算例数据的质量，解决了CFD验证和确认算例库建设过程中算例数据不完备、缺乏可用性的难题。

Description

规范CFD验证和确认算例数据入库的方法

技术领域

本发明数据处理和存储的领域，尤其涉及一种规范CFD验证和确认算例数据入库的方法。

背景技术

验证和确认算例库就是以计算流体动力学(CFD)验证和确认为目的而建立的专门算例库。国外发达国家基于不同侧重点建立了一些可支持CFD软件验证和确认的数据库，如NPARC联盟的验证确认数据库、欧洲航天局高超声速气动热力学工程数据库和AGARD系列CFD确认实验数据集等。要建立工程实用的CFD验证和确认算例库，首先需要从算例数据入库标准着手，着力解决数据的完备性和可用性，建立可有效支持典型数值风洞软件可信度评价的算例方案，并完成算例入库标准制定。而目前国内还未建立可有效支持CFD软件验证确认算例数据库的入库标准。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种规范CFD验证和确认算例数据入库的方法，克服目前国内缺乏可有效支持算例数据库工作开展的验证确认算例入库标准的问题。

一种规范CFD验证和确认算例数据入库的方法，适用于航空实验或试验数据的存储，其特征在于，

S101:获取航空历史试验数据；

S102:进行算例数据整理标准的确定，所述算例数据整理标准按照航空历史试验数据的种类或分类；

S103:进行算例数据组织，算例数据组织为将算例数据整理标准分类后航空历史试验数据按预设规则分类并缓存；

S104:进行算例数据入库标准的确定，删除缓存的数据是重复的数据并进行存储；

S105:获取当前试验的参数数据，并与所述存储的数据进行匹配，如能匹配，数据对应的试验或实验数据，如不能匹配，反馈信息；

S106:待所述当前试验的参数数据进行试验或实验确定后，重复S102至S104的步骤进行数据库的更新。

本发明的技术有益效果：

本发明从算例数据正确性、完备性和规范性的角度，形成了算例数据入库标准，可有效支持数值风洞(CFD)软件可信度分析及评价，方便实现算例数据的总体集成,对历史数据进行有效的整理，避免与当前的实验重复，浪费实验的成本和时间。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明的算例数据组织和管理的逻辑模型；

图2是本发明的算例数据组织示意图；

图3是本发明的自描述文件定义规范；

图4是本发明的算例数据库入库内容；

图5是本发明的算例数据库入库流程。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实践此方法。

本发明提供的规范CFD验证和确认算例数据入库的方法，适用于航空实验或试验数据的存储，所述方法包括：

S101:获取航空历史试验数据，根据已有的规范、试验或实验的条件，参数，过程及其结果所确定；

S102:进行算例数据整理标准的确定，算例数据整理标准按照航空历史试验数据的种类或分类，具体的：

确定算例数据整理标准至少包括算例数据命名规范的确定，算例数据命名规范至少包括算例目录命名和几何构型命名、计算网格命名、计算结果命名以及试验数据命名，其中：算例目录命名包括算例类型的识别标识、算例名称、几何/应用领域特征和对应一个航空历史试验的序号；

进一步的，确定算例数据整理标准还包括算例描述文件编制规范的确定，算例描述文件编制规范包括算例标识、算例描述、试验描述、计算描述、可比较数据和参考文献；

S103:进行算例数据组织，算例数据组织为将算例数据整理标准分类后航空历史试验数据按预设规则分类并缓存，具体的：确定算例数据整理标准还包括计算网格数据整理标准、计算结果数据整理标准和试验结果数据整理标准的确定，其中：

计算网格数据整理标准包括网格相关的几何模型、网格类型、网格名称、网格说明、网格文件、网格质量、边界条件；

计算结果数据整理标准包括：流动状态、计算参数、力系数数据、曲线数据和图像数据；

试验结果数据整理标准包括：基本信息、试验状态、测力数据和测压数据；

通过扁平化的树状层次结构模型来进行算例数据的管理，扁平化的树状层次结构模型最底层为验证确认算例库，第一层为算例信息或项目信息，第二层是几何外形及计算结果和试验结果，并与树形存储的方式进行缓存。

S104:进行算例数据入库标准的确定，删除缓存的数据是重复的数据并进行存储，具体的：

算例数据入库标准基于算例数据整理标准产出的数据，采用层级树状组织结构，从新建算例、基本属性、算例描述、可比较数据、提取工具、相关文档角度录入算例数据库；

通过比较函数进行重复完全相同数据的筛选，筛选后进行存储

S105:获取当前试验的参数数据，并与存储的数据进行匹配，如能匹配，数据对应的试验或实验数据，如不能匹配，反馈信息；

S106:待当前试验的参数数据进行试验或实验确定后，重复S102至S104的步骤进行数据库的更新。

参见图1和图2，扁平化的树状层次结构模型最底层为验证确认算例库，可以根据不同目的，建立不同的验证确认算例库，第1层为算例信息或项目信息，第2层是几何外形，与几何外形平行的还有计算结果和试验结果，用来存放对应流动状态下的相应结果数据。

本实施例的算例数据整理标准包括：算例数据命名规范、算例描述文件编制规范、自描述文件定义规范、计算网格数据整理标准、计算结果数据整理标准和试验结果数据整理标准。

本实施例的算例数据命名规范包括：算例目录命名和其他文件命名如，算例目录命名，按照“见名知义”的原则，一般命名规则为：“算例类型标识”+“_算例名称”+“_几何/应用领域特征”+“_算例序号”；如，其他文件命名包括：几何构型命名、计算网格命名、计算结果命名及试验数据命名。

本实施例的算例描述文件编制规范包括：算例标识、算例描述、试验描述、计算描述、可比较数据和参考文献，在实际工作中还将制定针对内容的算例描述标准，以规范和保证提交数据的质量。

参见图3，本实施例的自描述文件定义规范包括：标题描述和算例描述；其中，标题描述包括算例名称、算例描述、创建者、创建时间、版本信息和更新信息；算例描述包括几何数据、网格数据、流动状态、可比较数据和文档资料数据。

本实施例的计算网格数据整理标准包括：与网格相关的几何模型、网格类型、网格名称、网格说明、网格文件、网格质量、边界条件。

本实施例的计算结果数据整理标准包括：流动状态、计算参数、力系数数据、曲线数据和图像数据。

本实施例的试验结果数据整理标准包括：基本信息、试验状态、测力数据和测压数据。

参见图4，本实施例的算例数据入库标准基于所述算例数据整理标准产出的数据，采用便于国内用户使用习惯的层级树状组织结构，从新建算例、基本属性、算例描述、可比较数据、提取工具、相关文档等角度录入算例数据库。

参见图5，本实施例的算例数据入库标准为保证算例数据在数据库的正常运行，录入的算例需要通过数据检查、数据更新、数据审批、数据入库、数据正确性测试和数据出库等流程方可完成入库。

为实现上述的数据规范方法，本发明的主要思路是从CFD验证和确认算例的收集、整理和入库三个顺序流程，依次给出算例数据组织、算例数据整理标准和算例数据入库标准。本申请的实施例按以下步骤进行：

S1、对于预备入库的CFD验证和确认算例，首先给出其算例数据的组织，将算例参见图2所示文件目录组织管理方式进行分类存放；

将具体算例数据分成计算数据、试验数据、几何数据、计算网格数据、参考文献数据、辅助工具等不同类型，纳入相应的文件包进行管理，同时，提供单独的算例描述文件(*.mht)和单独的元数据描述文件(*.xml)。算例描述文件按照规定的标准，给出算例的主要信息，方便用户核查和追踪数据；元数据描述文件则是一个自描述的文件，提供可共用的基础数据信息，属于一个小型的“数据库”。同时，整个算例库也将提供一个单独的元数据描述文件(*.xml)，用来实现对全部算例的索引。可按照所述算例组织方式，每个算例均包括一套包含完整目录及配套数据，即：

(1)Computational：存放该算例完整计算结果文件相关数据；

(2)Experimental：存放该算例完整试验结果文件相关数据；

(3)Geometries：存放该算例对应的原始几何文件相关数据；

(4)Grid：存放该算例对应的计算网格文件相关数据；

(5)Input(可选)：存放该算例状态参数输入文件相关数据；

(6)References(可选)：存放该算例参考文档相关数据；

(7)Utilities(可选)：存放该算例专用数据处理工具相关数据；

(8)xml格式的自描述文件：存放可共用数据，方便数据库软件读取；

(9)算例描述文件：按统一模板提供的、描述算例信息的文件。

S2、对于包含各类型数据的CFD验证和确认算例，将其各数据按照算例数据整理标准进行规范整理；

将算例数据整理标准分为：算例数据命名规范、算例描述文件编制规范、自描述文件定义规范、计算网格数据整理标准、计算结果数据整理标准和试验结果数据整理标准。

将算例数据命名规范分为：算例目录命名和其他文件命名；参见图3，算例目录命名按照“见名知义”的原则，一般命名规则为：“算例类型标识”+“_算例名称”+“_几何/应用领域特征”+“_算例序号”；具体实施中，“算例类型标识”命名采用规则为：A表示验证算例，对应用于方法验证的系列算例，具体细分为无粘、层流、湍流三种类型，对应的具体类型标识号分别是AInvisicd、ALaminar、ATurbulent；B表示确认算例，对应用于基本流动问题模拟确认的系列标准算例，具体按流速分为低、亚、跨、超、高超五种类型，对应的类型标识号分别为BLowspeed、BSubsonic、BTransonic、BSupersonic、BHypersonic；C表示应用算例，对应用于工程应用能力确认的系列标准算例，具体按应用域分为轰运类、战斗类、弹箭类、旋翼类、高超飞行器类五种类型，对应的类型标示号是CTransport、CMilitary、CMissiles、CRotocopter、CHypvech。“算例名称”采用用户自定义方式，原则上采用“驼峰法”命令，字符数不超过12个。“几何/应用领域特征”命名需要根据算例类型标识，相应命名规则为：对类型识别为A(验证算例)和B(确认算例)的算例，原则上采用几何特征命名或不命名。如按照几何特征命名，应按照“见名知义”的原则，如翼型(airfoil)、机翼(wing)、机身(body)、翼-身组合体(wingbody)进行自定义命名；对类型标识为C(应用算例)的算例，原则上采用应用领域特征命名，包括气动力(aeroforce)、气动热(aeroheat)、动态特性(dynamics)、多体分离(sepstore)、气动弹性(aeroelast)。“算例序号”采用3位数字标识，原则上从“001”开始，目的是利用该序号对容易混淆的算例进行区分。

参见图2，将其他文件命名分为：几何构型命名、计算网格命名、计算结果命名以及试验数据命名。具体实施中，几何构型命名规则为：model.iges，model即算例名称，按照“见名知义”的原则，用简写的英文名标识，以下文件命名中model定义与此相同。计算网格命名规则为：一般问题中，结构网格用model_str.cgns命名，非结构网格用model_unstr.cgns命名。对于多体分离，静止模型采用model1_str.cgns，运动模型采用model2_str.cgns。对于气动弹性，模态数据格式为model_mode1.dat，model_mode2.dat等；结构特性计算网格格式为model.bdf。计算结果命名规则为：结构网格计算结果用model_cal_result_str.dat命名，非结构网格计算结果用model_cal_result_unstr.dat命名，其中result根据具体数据类别进行标识。试验数据命名规则为：model_exp_result.dat，result定义与计算结果命名相同。

具体实施中，算例描述文件的编制规范参见表1：

参见图3，将自描述文件定义规范分为：标题描述和算例描述；其中，标题描述包括，算例名称、算例描述、创建者、创建时间、版本信息和更新信息；算例描述包括，几何数据、网格数据、流动状态、可比较数据和文档资料数据。

具体实施中，计算网格数据整理标准参见表2：

表2

参见图3，将自描述文件定义规范分为：标题描述和算例描述；其中，标题描述包括，算例名称、算例描述、创建者、创建时间、版本信息和更新信息；算例描述包括，几何数据、网格数据、流动状态、可比较数据和文档资料数据。

具体实施中，计算网格数据整理标准参见表3：

表3

计算网格整理实施例：

1.几何外形处理

实际飞行器的几何外形往往是采用CAD软件(如CATIA、UG、PRO/E等)创建而成，直接导入到网格生成软件(如ICEMCFD、Gridgen)后所形成的几何模型数据网格会出现数据增减，模型表面会出现缝隙、漏洞、重复的点线面等，这些数据不能满足网格生成的需要。因此在网格生成之前，先检查几何模型是否有几何外形的缺陷，如缝隙、漏洞、重复的点线面等，一体化计算中需评估哪些几何特征可以省略或简化等。

在几何外形处理时要做的主要工作是对模型的缝隙和洞进行修补、剔除一些不必要的几何部件、删除重复的点线面、对遗失的模型数据重新构造、求出模型相连部件的交线(机身机翼交线，机身尾翼交线，机翼挂架交线，挂架吊舱交线等)以及对几何面进行修剪等。通过几何处理，保证处理后的几何外形曲线与原始数据描述一致。

2.网格质量评估总体原则

通过计算网格品质评估、计算网格与流场特征一致性分析以及计算网格与求解器的适应性分析，形成一套CFD计算网格质量分析方法，目的是改善网格质量和求解精度，有效评估CFD软件可信度。以下给出典型构型的网格生成建议。

3.机翼网格生成建议(巡航构型)

机翼网格采用C-O型网格拓扑结构，机翼前缘、后缘的网格间距为当地弦长的0.1％，其余沿流向网格间距比不大于1.25，并平滑过渡；

翼根和翼梢网格间距为机翼半展长的0.1％，沿展向网格最大为半展长的1％，网格间距比不大于1.4，并平滑过渡；

翼梢处网格采用O型网格拓扑内嵌，内嵌网格点数不少于9个网格点；有厚度的机翼后缘网格点已不少于9个；

机翼附面层第一层网格点为1.0E-06，网格间距比为1.2，附面层层数不少于33层，保证附面层的网格线与机翼表面正交，倾斜角最好不小于40度。

4.翼身组合体网格生成建议(巡航构型)

翼身组合体网格拓扑建议采用外包裹式O型网格拓扑，或机身采用H型拓扑，机翼采用O型拓扑；

机身机翼附面层网格第一层网格点为1.0E-06，网格间距比为1.2，附面层层数不少于33层，并使附面层的网格线与机翼表面正交；

机身头部和尾部的网格间距为参考弦长的2％，网格间距不大于1.4，并保持均匀过渡，对于机身尾部有出现的平面，采用内嵌O型网格拓扑延伸到远场，以提高局部网格点的分布质量；

机翼的网格点分布与单独机翼网格生成原则相同，在翼身结合处的网格线与机身和机翼的夹角尽量保持在45度左右。

5.翼身组合体网格生成建议(增升构型)

1)网格拓扑

选择合适的网格拓扑结构满足CFD程序对网格倾斜度、长宽比以及网格间距比的要求；

增升装置的网格拓扑建议采用“O-O”型，在机身、主翼、前缘缝翼以及后缘襟翼用“O”型网格包裹，在主翼、缝翼以及襟翼翼梢位置采用局部“O”网格以提高网格质量。

2)网格分布

在机翼、缝翼和襟翼的前、后缘沿弦向分布的网格间距为当地弦长的0.1％；

翼根和翼梢的网格为半展长的0.1％；

机翼根部展向网格间距为半展长的1％，机翼翼梢展向网格间距为半展长的0.1％，机翼尾缘不少于9个网格单元；

机身头部和尾部的网格间距为参考弦长的2％；

避免使用倾斜的单元，对六面体网格网格线间的夹角应进行优化使得该夹角接近90度，夹角最好不大于140度或小于40度；

每个单元的长宽比不超过150，网格间距增长比不超过1.4。

3)附面层网格

附面层第一、二层网格间距约为1.0E-6，以保证Yplus值在1附近，之后的网格间距比1.2，层数不少于33层；

固壁附近使用正交网格，网格线与固壁边界或计算域边界夹角接近90度。

4)缝道及尾流区网格分布

在出现大梯度或流动发生较大变化的关键区域如激波、大剪切区域，采用更密、更规范的网格；

在民机计算中对主翼和缝翼、主翼和襟翼之间的缝道网格进行加密，并与附面层的网格保持均匀过渡；

缝翼尾流区、主翼尾流区以及襟翼尾流区网格加密并均匀过渡。

5)网格规模

根据此原则生成的增升装置网格规模约在800～1000万网格单元左右。

6)计算域选取

计算域范围需要能捕捉到相关的流动特性，如果必要可检查计算域的选取对结果敏感性影响；

计算域流向取100倍平均气动弦长，展向取50倍平均气动弦长。

7)网格质量控制

网格无负体积，网格质量行列式指标不低于0.3。

6.全机复杂构型网格生成建议

1)结构网格

对π型翼刀、边条、平/垂尾整体构型进行总体设计，在整体上保证合理的网格分布、网格密度、网格拉伸率以及边界层网格的分布都是非常必要的；

对翼尖弹采用“O-O”型网格拓扑结构保证导弹附近网格的正交性，弹体尖前缘弹需采用新的网格拓扑，避免生成退化网格而影响收敛性；

对飞机机翼和平垂尾前后缘，翼尖等流动剧烈的位置进行网格加密，捕捉流动特性；

对网格整体进行光顺处理，保证绝大多数网格单元质量在0.3以上。

2)混合网格

要对π型翼刀、边条和平尾形成的剪刀角、翼尖弹等精确保形；

对于外形结构复杂，部件多，流动复杂的构型，要很好的模拟复杂的流动状态必须控制空间网格的质量，网格控制难度大；

混合网格采用先生成纯四面体网格，在生成棱柱形负面层网格的策略，在物面附近网格密度大，附面层高度受到限制，附面层高度低又不能很好的模拟粘性流动，需要反复迭代、才能生成符合要求的网格。

3)总体要求

远场大小约为平均气动弦长的100倍；

全机构型网格规模600-800万左右。

参见表4，从需要管理的数据类型看，计算中涉及数据类型主要有：结构化数据、文本文件、二进制数据文件、图形、图表、图像等。为实现算例数据的有效管理，建立了数据库中数据标准以及文档标准，以规范和保证提交数据的质量。

表4

本申请的一种规范CFD验证和确认算例数据入库的方法从算例数据正确性、完备性和规范性的角度，形成了算例数据入库标准，可有效支持国内数值风洞软件可信度分析及评价，方便实现算例数据的总体集成.

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种规范CFD验证和确认算例数据入库的方法，适用于航空实验或试验数据的存储，其特征在于，

S101:获取航空历史试验数据；

S102:进行算例数据整理标准的确定，所述算例数据整理标准按照航空历史试验数据的种类或分类；

S103:进行算例数据组织，算例数据组织为将算例数据整理标准分类后航空历史试验数据按预设规则分类并缓存；

S104:进行算例数据入库标准的确定，删除缓存的数据是重复的数据并进行存储；

S105:获取当前试验的参数数据，并与所述存储的数据进行匹配，如能匹配，数据对应的试验或实验数据，如不能匹配，反馈信息；

S106:待所述当前试验的参数数据进行试验或实验确定后，重复S102至S104的步骤进行数据库的更新。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述算例数据整理标准按照航空历史试验数据的种类或分类的步骤，包括：

确定算例数据整理标准至少包括算例数据命名规范的确定，算例数据命名规范至少包括算例目录命名和几何构型命名、计算网格命名、计算结果命名以及试验数据命名，其中：所述算例目录命名包括算例类型的识别标识、算例名称、几何/应用领域特征和对应一个航空历史试验的序号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定算例数据整理标准还包括算例描述文件编制规范的确定，算例描述文件编制规范包括算例标识、算例描述、试验描述、计算描述、可比较数据和参考文献。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定算例数据整理标准还包括计算网格数据整理标准、计算结果数据整理标准和试验结果数据整理标准的确定，其中：

所述计算网格数据整理标准包括网格相关的几何模型、网格类型、网格名称、网格说明、网格文件、网格质量、边界条件；

所述计算结果数据整理标准包括：流动状态、计算参数、力系数数据、曲线数据和图像数据；

所述试验结果数据整理标准包括：基本信息、试验状态、测力数据和测压数据。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S103:所述算例数据整理标准按照航空历史试验数据的种类或分类，包括：

通过扁平化的树状层次结构模型来进行算例数据的管理，所述扁平化的树状层次结构模型最底层为验证确认算例库，第一层为算例信息或项目信息，第二层是几何外形及计算结果和试验结果，并与树形存储的方式进行缓存。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S104:进行算例数据入库标准的确定，删除缓存的数据是重复的数据并进行存储，包括：

算例数据入库标准基于所述算例数据整理标准产出的数据，采用层级树状组织结构，从新建算例、基本属性、算例描述、可比较数据、提取工具、相关文档角度录入算例数据库；

通过比较函数进行重复完全相同数据的筛选，筛选后进行存储。

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