CN115879231B - 一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法及装置 - Google Patents

一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法及装置 Download PDF

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CN115879231B CN202310160845.6A CN202310160845A CN115879231B CN 115879231 B CN115879231 B CN 115879231B CN 202310160845 A CN202310160845 A CN 202310160845A CN 115879231 B CN115879231 B CN 115879231B
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Abstract

本发明实施例公开一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法及装置，方法包括：根据微型飞行器机身绕流流场特征，将微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，多个网格区域包括欧拉区、RANS区、关注区和脱离区；获取微型飞行器的边界条件信息以及来流信息；基于多个网格区域、边界条件信息、来流信息，利用预设转捩模型模拟飞行器表面边界层流动转捩，以及利用尺度自适应模型模拟飞行器分离流动转捩，获得微型飞行器的转捩信息，预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，两个模型基于SST湍流模型相耦合。该方法能够提高微型飞行器表面边界层流动转捩和分离流动转捩的模拟精度。

Description

一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法及装置
技术领域
本发明实施例属于微型飞行器技术领域，尤其涉及一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法及装置。
背景技术
转捩是指从层流到湍流的过渡，该转捩过程对于微型飞行器的设计具有重要影响。为了获得微型飞行器流动转捩信息，通常使用基于RANS（Reynolds equation，雷诺平均）的转捩/湍流模式来实现。然而，虽然传统的RANS方法能够较为准确地预测无分离的飞行器表面边界层流动，但是，真实微型飞行器的旋翼、舵面缝隙、尾桨等部位会出现具有明显非定常特性的分离流动，RANS模拟不能保证足够的精度，并且分离流动转捩预测的误差也会影响边界层流动转捩的预测精度。
发明内容
本发明实施例提供了一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法及装置，能够提高微型飞行器表面边界层流动转捩和分离流动转捩的模拟精度，从而提高微型飞行器流动转捩信息的获取精度。
具体的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法，所述方法包括：
根据微型飞行器机身绕流流场特征，将所述微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，所述多个网格区域包括欧拉区、雷诺平均RANS区、关注区和脱离区，所述欧拉区和所述RANS区均位于微型飞行器的左右两侧，且所述RANS区位于所述微型飞行器与所述欧拉区之间，所述关注区和所述脱离区均位于所述微型飞行器的后侧，且所述关注区位于所述微型飞行器与所述脱离区之间；
获取所述微型飞行器的边界条件信息以及来流信息；
基于所述多个网格区域、所述边界条件信息、所述来流信息，利用预设转捩模型模拟所述微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用尺度自适应模型模拟所述微型飞行器分离流动转捩，获得所述微型飞行器的转捩信息，其中，所述预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，且所述预设转捩模型与所述尺度自适应模型基于剪切应力输运SST湍流模型相耦合。
在一种实施方式中，所述欧拉区的上游和所述欧拉区两侧区域没有湍流涡进入，且所述欧拉区内网格间距相同；和/或，
所述RANS区位于边界层，包括驻点附近的流动分离和贴体的细长分离泡；和/或，
所述关注区内的网格为立方体网格；和/或，
所述脱离区与所述关注区光滑过度，且所述脱离区沿流向的网格拉伸率位于拉伸率范围[1.1，1.2]内。
在一种实施方式中，所述关于脉动动能的第一输运方程包括：
Figure SMS_1
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程包括：
Figure SMS_2
；
所述关于间歇因子的第一输运方程包括：
Figure SMS_3
；
其中，所述
Figure SMS_14
表示所述脉动动能，所述
Figure SMS_7
表示流体密度，所述
Figure SMS_10
表示时间，所述
Figure SMS_15
表示第j个流体分子的速度分量，所述
Figure SMS_19
表示第j个流体分子的空间坐标，所述
Figure SMS_20
表示流体分子粘性，所述
Figure SMS_23
表示有效粘性系数，所述
Figure SMS_12
表示k的普朗特数，所述
Figure SMS_16
表示脉动动能的生成项，所述
Figure SMS_4
表示脉动动能的耗散项，所述
Figure SMS_9
表示所述单位耗散率，所述
Figure SMS_17
表示
Figure SMS_22
的普朗特数，所述
Figure SMS_21
表示所述单位耗散率的生成项，所述
Figure SMS_24
表示所述单位耗散率的耗散项，所述
Figure SMS_6
表示所述单位耗散率的交叉扩散项，所述
Figure SMS_11
表示所述间歇因子，所述
Figure SMS_13
表示
Figure SMS_18
的普朗特数，所述
Figure SMS_5
表示所述间歇因子的生成项，所述
Figure SMS_8
表示所述间歇因子的耗散项。
在一种实施方式中，所述尺度自适应模型包括关于脉动动能的第二输运方程和关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程；
所述关于脉动动能的第二输运方程包括：
Figure SMS_25
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程包括：
Figure SMS_26
；
其中，
Figure SMS_27
；
其中，所述
Figure SMS_29
表示湍流粘性系数，所述
Figure SMS_31
表示混合函数，所述
Figure SMS_33
表示阻尼函数，所述
Figure SMS_30
表示应变率，所述
Figure SMS_32
表示湍流长度尺度，所述
Figure SMS_34
表示冯卡门长度尺度，所述
Figure SMS_35
表示尺度自适应模拟SAS模式的系数，所述
Figure SMS_28
表示耗散普朗特数。
在一种实施方式中，所述边界条件信息包括所述微型飞行器的壁面温度和壁面粗糙度；和/或，
所述来流信息包括喷口的来流雷诺数、旋翼转速、尾桨转速、来流攻角中任一项或多项的组合；和/或，
所述转捩信息包括所述微型飞行器的转捩起始点和转捩区长度参数。
第二方面，本发明实施例提供了一种微型飞行器流动转捩信息的获取装置，所述装置包括：
划分单元，用于根据微型飞行器机身绕流流场特征，将所述微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，所述多个网格区域包括欧拉区、雷诺平均RANS区、关注区和脱离区，所述欧拉区和所述RANS区均位于微型飞行器的左右两侧，且所述RANS区位于所述微型飞行器与所述欧拉区之间，所述关注区和所述脱离区均位于所述微型飞行器的后侧，且所述关注区位于所述微型飞行器与所述脱离区之间；
获取单元，用于获取所述微型飞行器的边界条件信息以及来流信息；
模拟单元，用于基于所述多个网格区域、所述边界条件信息、所述来流信息，利用预设转捩模型模拟所述微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用尺度自适应模型模拟所述微型飞行器分离流动转捩，获得所述微型飞行器的转捩信息，其中，所述预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，且所述预设转捩模型与所述尺度自适应模型基于剪切应力输运SST湍流模型相耦合。
在一种实施方式中，所述欧拉区的上游和所述欧拉区两侧区域没有湍流涡进入，且所述欧拉区内网格间距相同；和/或，
所述RANS区位于边界层，包括驻点附近的流动分离和贴体的细长分离泡；和/或，
所述关注区内的网格为立方体网格；和/或，
所述脱离区与所述关注区光滑过度，且所述脱离区沿流向的网格拉伸率位于拉伸率范围[1.1，1.2]内。
在一种实施方式中，所述关于脉动动能的第一输运方程包括：
Figure SMS_36
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程包括：
Figure SMS_37
；
所述关于间歇因子的第一输运方程包括：
Figure SMS_38
；
其中，所述
Figure SMS_50
表示所述脉动动能，所述
Figure SMS_41
表示流体密度，所述
Figure SMS_46
表示时间，所述
Figure SMS_53
表示第j个流体分子的速度分量，所述
Figure SMS_58
表示第j个流体分子的空间坐标，所述
Figure SMS_56
表示流体分子粘性，所述
Figure SMS_59
表示有效粘性系数，所述
Figure SMS_47
表示k的普朗特数，所述
Figure SMS_51
表示脉动动能的生成项，所述
Figure SMS_39
表示脉动动能的耗散项，所述
Figure SMS_43
表示所述单位耗散率，所述
Figure SMS_42
表示
Figure SMS_45
的普朗特数，所述
Figure SMS_49
表示所述单位耗散率的生成项，所述
Figure SMS_54
表示所述单位耗散率的耗散项，所述
Figure SMS_48
表示所述单位耗散率的交叉扩散项，所述
Figure SMS_52
表示所述间歇因子，所述
Figure SMS_55
表示
Figure SMS_57
的普朗特数，所述
Figure SMS_40
表示所述间歇因子的生成项，所述
Figure SMS_44
表示所述间歇因子的耗散项。
所述尺度自适应模型包括关于脉动动能的第二输运方程和关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程；
所述关于脉动动能的第二输运方程包括：
Figure SMS_60
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程包括：
Figure SMS_61
；
其中，
Figure SMS_62
；
其中，所述
Figure SMS_64
表示湍流粘性系数，所述
Figure SMS_66
表示混合函数，所述
Figure SMS_68
表示阻尼函数，所述
Figure SMS_65
表示应变率，所述
Figure SMS_67
表示湍流长度尺度，所述
Figure SMS_69
表示冯卡门长度尺度，所述
Figure SMS_70
表示尺度自适应模拟SAS模式的系数，所述
Figure SMS_63
表示耗散普朗特数。
在一种实施方式中，所述边界条件信息包括所述微型飞行器的壁面温度和壁面粗糙度；和/或，
所述来流信息包括喷口的来流雷诺数、旋翼转速、尾桨转速、来流攻角中任一项或多项的组合；和/或，
所述转捩信息包括所述微型飞行器的转捩起始点和转捩区长度参数。
第三方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现第一方面任一实施方式所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现第一方面任一实施方式所述的方法。
由上述内容可知，本发明实施例提供的微型飞行器流动转捩信息的获取方法及装置，能够先根据微型飞行器机身绕流流场特征，将微型飞行器所在流场划分为欧拉区、RANS区、关注区和脱离区等多个网格区域，从而获得适用于RANS计算的多重结构化网格，进而提高了后续流动转捩模拟过程中进行网格计算的准确性，然而在获取微型飞行器的边界条件信息以及来流信息之后，能够基于多个网格区域、边界条件信息、来流信息，利用预设转捩模型模拟微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用与预设转捩模型基于SST（ShearStress Transfer，剪切应力传输模型）湍流模型相耦合的尺度自适应模型模拟微型飞行器分离流动转捩，获得微型飞行器的转捩信息，从而可以提高微型飞行器表面边界层流动转捩和分离流动转捩的模拟精度，进而提高了微型飞行器流动转捩信息的获取精度。
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。
本发明实施例的创新点包括但不限于以下几点：
1、根据微型飞行器机身绕流流场特征，将微型飞行器所在流场划分为欧拉区、雷诺平均RANS区、关注区和脱离区等多个网格区域，获得适用于RANS计算的多重结构化网格，进而提高了后续流动转捩模拟过程中进行网格计算的准确性。
2、通过基于SST湍流模型相耦合的两个模型，分别模拟微型飞行器表面边界层流动转捩以及模拟微型飞行器分离流动转捩，可以提高微型飞行器表面边界层流动转捩和分离流动转捩的模拟精度，进而提高了微型飞行器流动转捩信息的获取精度。
3、预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，并且在输运方程中引用了有效粘性系数
Figure SMS_71
，从而考虑了非湍流脉动的影响，进而提高了模拟微型飞行器表面边界层流动转捩的准确性。
4、尺度自适应模型包括关于脉动动能的第二输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第二输运方程，并且在关于脉动动能的单位耗散率的第二输运方程中引入了
Figure SMS_72
项，从而能够提高捕获当地解析的湍流结构的自适应性，进而提高了模拟微型飞行器分离流动转捩的精度。
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微型飞行器流动转捩信息的获取方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种多重结构化网格划分示例图；
图3为本发明实施例提供的一种网格区域划分示例图；
图4为本发明实施例提供的一种微型飞行器上表面的分离涡结构示例图；
图5为本发明实施例提供的一种微型飞行器流动转捩信息的获取装置的组成框图。
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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
图1为本发明实施例提供的一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法的流程示意图，该方法可以应用于电子设备，具体可以应用于终端或者服务器，该方法可以包括如下步骤：
S110：根据微型飞行器机身绕流流场特征，将微型飞行器所在流场划分为多个网格区域。
如图2所示，电子设备根据微型飞行器的外形生成适用于RANS计算的多重结构化网格。其中，壁面网格在贴体的前提下尽量保证正交性；旋翼、尾桨以及局部流场变化较大的区域进行网格加密并光滑过渡。由于在旋翼、尾桨附近外形变化非常显著，分离流动极其复杂，因此在这一区域的网格质量要求是非常高的。本发明实施例对于网格质量的要求非常高，特别是气动外形优化这一部分，举例来说，由于需要计算的工况超过一千个，任何10%的网格点浪费都意味着额外一百多个工况计算量的增加。因此，为了在保证网格质量要求的基础上，降低工况计算量，根据微型飞行器机身绕流流场特征，将微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，该多个网格区域包括欧拉区、雷诺平均RANS区、关注区和脱离区。如图3所示，欧拉区和RANS区均位于微型飞行器的左右两侧，且RANS区位于微型飞行器与欧拉区之间，关注区和脱离区均位于微型飞行器的后侧，且关注区位于微型飞行器与脱离区之间。
下面详细介绍这四个网格区域：
（1）欧拉区
欧拉区的上游和欧拉区两侧区域没有湍流涡进入，且欧拉区内网格间距相同。它可延伸到无穷远处（有计算域边界的可延伸到计算域边界），并且涵盖了绝大部分的空间，网格量为网格总数的10%-20%。各方向网格间距相同，而且间距由几何形状决定。对于结构网格（特别是C网格），可采用准点对点搭接法或多块功能，以迅速粘性区中较小网格间距进行扩展。
（2）RANS区
RANS区主要位于边界层，包括驻点附近的流动分离和贴体的细长分离泡（近失速工况），该区域完全进行RANS计算，网格划分与RANS网格完全相同：
与壁面垂直方向：对于第一层网格间距是由RANS模型决定的，对于SST模型的无量纲法向网格间距
Figure SMS_73
；拉伸比小于1.25以准确模拟对数层；边界层外层网格间距不超过
Figure SMS_74
，其中
Figure SMS_75
是边界层厚度；首次试算时，无量纲法向壁面距离
Figure SMS_76
且拉伸比为1.3即可。
与壁面平行方向：除了在尾缘等表面奇点处需要加密外，网格间距与欧拉区间距几乎相同，无量纲流向
Figure SMS_77
和展向网格间距
Figure SMS_78
可以不受壁面单元的限制，远大于
Figure SMS_79
，这就是SAS（Scale-Adaptive Simulation，尺度自适应模拟）网格数远小于LES（Largeeddysimulation，大涡模拟）网格数的原因。
（3）关注区
关注区主要为SAS计算区域，关注区内的网格为立方体网格，其各方向网格间距相同，网格量为网格总数的20%-30%。立方体网格间距决定了SAS方法的空间分辨率，确定需要开展网格无关性验证。
（4）脱离区
关注区主要为SAS计算区域，该区与关注区光滑过渡，且脱离区沿流向的网格拉伸率位于拉伸率范围[1.1，1.2]内，最大网格间距可以远大于预设阈值
Figure SMS_80
。确定关注区与脱离区的边界是生成SAS网格的关键。可以通过试算获得：在关注区中存在强烈的回流，任意一点都可以回到壁面附近。
S120：获取微型飞行器的边界条件信息以及来流信息。
边界条件信息包括微型飞行器的壁面温度和壁面粗糙度；和/或，来流信息包括喷口的来流雷诺数、旋翼转速、尾桨转速、来流攻角中任一项或多项的组合；和/或，下述步骤S130获得的转捩信息包括微型飞行器的转捩起始点和转捩区长度参数。
S130：基于多个网格区域、边界条件信息、来流信息，利用预设转捩模型模拟微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用尺度自适应模型模拟微型飞行器分离流动转捩，获得微型飞行器的转捩信息。
在将微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，并确定边界条件信息和来流信息之后，可以在边界条件信息、来流信息和多个网格区域这一限定条件下，流动转捩模拟，以获得微型飞行器所在流场中的各种场参数，并根据各种场参数确定微型飞行器的转捩信息。其中，各种场参数包括下述运输方程中涉及的各种参数，在获得各种场参数可以，可以应用Tecplot后处理软件完成微型飞行器流动转捩特性的数值获取。转捩起始点取自间歇因子或表面摩阻系数相对于层流区的值增长10%的位置，转捩区长度为转捩起始点至完全湍流区（间歇因子等于1或表面摩阻系数达到最大值）的长度。图4显示了微型飞行器上表面的分离涡结构。可见，由于采用尺度自适应模拟方法解析了上表面的流动分离流动，该计算捕捉到了微型飞行器的转捩/分离特性。
其中，预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，且预设转捩模型与尺度自适应模型基于剪切应力输运SST湍流模型相耦合。
本发明实施例提供的微型飞行器流动转捩信息的获取方法，能够先根据微型飞行器机身绕流流场特征，将微型飞行器所在流场划分为欧拉区、RANS区、关注区和脱离区等多个网格区域，从而获得适用于RANS计算的多重结构化网格，进而提高了后续流动转捩模拟过程中进行网格计算的准确性，然而在获取微型飞行器的边界条件信息以及来流信息之后，能够基于多个网格区域、边界条件信息、来流信息，利用预设转捩模型模拟微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用与预设转捩模型基于SST湍流模型相耦合的尺度自适应模型模拟微型飞行器分离流动转捩，获得微型飞行器的转捩信息，从而可以提高微型飞行器表面边界层流动转捩和分离流动转捩的模拟精度，进而提高了微型飞行器流动转捩信息的获取精度。
在一种实施方式中，关于脉动动能的第一输运方程包括：
Figure SMS_81
（1）
关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程包括：
Figure SMS_82
（2）
关于间歇因子的第一输运方程包括：
Figure SMS_83
（3）
其中，
Figure SMS_100
表示脉动动能，
Figure SMS_103
表示流体密度，
Figure SMS_105
表示时间，
Figure SMS_86
表示第j个流体分子的速度分量，
Figure SMS_89
表示第j个流体分子的空间坐标，
Figure SMS_93
表示流体分子粘性，
Figure SMS_97
表示有效粘性系数，
Figure SMS_90
表示k的普朗特数，
Figure SMS_95
表示脉动动能的生成项，
Figure SMS_98
表示脉动动能的耗散项，
Figure SMS_102
表示单位耗散率，
Figure SMS_101
表示
Figure SMS_104
的普朗特数，
Figure SMS_106
表示单位耗散率的生成项，
Figure SMS_107
表示单位耗散率的耗散项，
Figure SMS_85
表示单位耗散率的交叉扩散项，
Figure SMS_88
表示间歇因子，
Figure SMS_92
表示
Figure SMS_96
的普朗特数，
Figure SMS_87
表示间歇因子的生成项，
Figure SMS_91
表示间歇因子的耗散项。根据方程（1）-（3）可以求解出
Figure SMS_94
、
Figure SMS_99
、
Figure SMS_84
等方程中涉及的一系列场参数。
下面对上述方程中涉及的部分参数的计算方法进行阐述：
Figure SMS_108
（4）
Figure SMS_109
（5）
Figure SMS_110
（6）
Figure SMS_111
（7）
其中，
Figure SMS_112
和
Figure SMS_113
均表示应变率张量，
Figure SMS_114
为物面距离，
Figure SMS_115
为运动粘度，
Figure SMS_116
为当地流体相对于壁面的平均动能，
Figure SMS_117
为控制转捩起始的函数，定义为：
Figure SMS_118
（8）
Figure SMS_119
（9）
Figure SMS_120
（10）
其中，
Figure SMS_122
为非湍流脉动粘性系数，
Figure SMS_127
为湍流脉动粘性系数，
Figure SMS_131
为扰动模态的时间尺度，
Figure SMS_124
为模型系数，
Figure SMS_125
为有效长度尺度，
Figure SMS_129
为脉动动能
Figure SMS_130
，
Figure SMS_121
为非湍流脉动动能，
Figure SMS_126
为湍流脉动动能。
Figure SMS_132
的模化考虑了不同的模态，分别有第一模态
Figure SMS_134
，第二模态
Figure SMS_123
和横流模态
Figure SMS_128
，并以当地相对马赫数
Figure SMS_133
来区分模态的作用区域：
Figure SMS_135
（11）
其中
Figure SMS_136
和
Figure SMS_137
分别为第一模态和第二模态的时间尺度，由有效长度尺度
Figure SMS_138
构造：
Figure SMS_139
（12）
Figure SMS_140
（13）
Figure SMS_141
（14）
Figure SMS_142
（15）
其中，
Figure SMS_143
表示广义拐点距离物面距离，
Figure SMS_144
表示流体速度分量，
Figure SMS_145
表示物面速度分量，
Figure SMS_146
表示涡量，
Figure SMS_147
表示模式系数，即常数。
最后，该模型的其他常数为：
Figure SMS_148
Figure SMS_149
在完全湍流区（即
Figure SMS_150
），方程组（1）-（3）就还原为SST湍流模型。
本发明实施例提供的预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，并且在输运方程中引用了有效粘性系数
Figure SMS_151
，从而考虑了非湍流脉动的影响，进而提高了模拟微型飞行器表面边界层流动转捩的准确性。
在一种实施方式中，尺度自适应模型包括关于脉动动能的第二输运方程和关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程；
关于脉动动能的第二输运方程包括：
Figure SMS_152
（16）
关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程包括：
Figure SMS_153
（17）
其中，
Figure SMS_154
（18）
其中，
Figure SMS_155
表示湍流粘性系数，
Figure SMS_159
表示混合函数，
Figure SMS_161
表示阻尼函数，
Figure SMS_156
表示应变率，
Figure SMS_158
表示湍流长度尺度，
Figure SMS_160
表示冯卡门长度尺度，
Figure SMS_162
表示SAS模式的系数，
Figure SMS_157
表示耗散普朗特数。
Figure SMS_163
（19）
Figure SMS_164
（20）
Figure SMS_165
（21）
Figure SMS_166
（22）
Figure SMS_167
（23）
其中，
Figure SMS_169
表示克罗内克函数，
Figure SMS_172
表示
Figure SMS_175
的普朗特数，
Figure SMS_170
表示流体速度分量，
Figure SMS_173
为网格单元体积的立方根，其余系数分别为：
Figure SMS_176
，
Figure SMS_178
，
Figure SMS_168
Figure SMS_171
，
Figure SMS_174
，
Figure SMS_177
。
本发明实施例提供的尺度自适应模型包括关于脉动动能的第二输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第二输运方程，并且在关于脉动动能的单位耗散率的第二输运方程中引入了
Figure SMS_179
项，从而能够提高捕获当地解析的湍流结构的自适应性，进而提高了模拟微型飞行器分离流动转捩的精度。
相应于上述方法实施例，本发明实施例提供了一种微型飞行器流动转捩信息的获取装置，如图5所示，该装置包括：
划分单元210，用于根据微型飞行器机身绕流流场特征，将所述微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，所述多个网格区域包括欧拉区、雷诺平均RANS区、关注区和脱离区，所述欧拉区和所述RANS区均位于微型飞行器的左右两侧，且所述RANS区位于所述微型飞行器与所述欧拉区之间，所述关注区和所述脱离区均位于所述微型飞行器的后侧，且所述关注区位于所述微型飞行器与所述脱离区之间；
获取单元220，用于获取所述微型飞行器的边界条件信息以及来流信息；
模拟单元230，用于基于所述多个网格区域、所述边界条件信息、所述来流信息，利用预设转捩模型模拟所述微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用尺度自适应模型模拟所述微型飞行器分离流动转捩，获得所述微型飞行器的转捩信息，其中，所述预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，且所述预设转捩模型与所述尺度自适应模型基于剪切应力输运SST湍流模型相耦合。
在一种实施方式中，所述欧拉区的上游和所述欧拉区两侧区域没有湍流涡进入，且所述欧拉区内网格间距相同；和/或，
所述RANS区位于边界层，包括驻点附近的流动分离和贴体的细长分离泡；和/或，
所述关注区内的网格为立方体网格；和/或，
所述脱离区与所述关注区光滑过度，且所述脱离区沿流向的网格拉伸率位于拉伸率范围[1.1，1.2]内。
在一种实施方式中，所述关于脉动动能的第一输运方程包括：
Figure SMS_180
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程包括：
Figure SMS_181
；
所述关于间歇因子的第一输运方程包括：
Figure SMS_182
；
其中，所述
Figure SMS_199
表示所述脉动动能，所述
Figure SMS_191
表示流体密度，所述
Figure SMS_196
表示时间，所述
Figure SMS_193
表示第j个流体分子的速度分量，所述
Figure SMS_198
表示第j个流体分子的空间坐标，所述
Figure SMS_200
表示流体分子粘性，所述
Figure SMS_203
表示有效粘性系数，所述
Figure SMS_194
表示k的普朗特数，所述
Figure SMS_197
表示脉动动能的生成项，所述
Figure SMS_183
表示脉动动能的耗散项，所述
Figure SMS_190
表示所述单位耗散率，所述
Figure SMS_192
表示
Figure SMS_195
的普朗特数，所述
Figure SMS_201
表示所述单位耗散率的生成项，所述
Figure SMS_202
表示所述单位耗散率的耗散项，所述
Figure SMS_185
表示所述单位耗散率的交叉扩散项，所述
Figure SMS_188
表示所述间歇因子，所述
Figure SMS_186
表示
Figure SMS_189
的普朗特数，所述
Figure SMS_184
表示所述间歇因子的生成项，所述
Figure SMS_187
表示所述间歇因子的耗散项。
在一种实施方式中，所述尺度自适应模型包括关于脉动动能的第二输运方程和关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程；
所述关于脉动动能的第二输运方程包括：
Figure SMS_204
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程包括：
Figure SMS_205
；
其中，
Figure SMS_206
；
其中，所述
Figure SMS_209
表示湍流粘性系数，所述
Figure SMS_210
表示混合函数，所述
Figure SMS_212
表示阻尼函数，所述
Figure SMS_208
表示应变率，所述
Figure SMS_211
表示湍流长度尺度，所述
Figure SMS_213
表示冯卡门长度尺度，所述
Figure SMS_214
表示尺度自适应模拟SAS模式的系数，所述
Figure SMS_207
表示耗散普朗特数。
在一种实施方式中，所述边界条件信息包括所述微型飞行器的壁面温度和壁面粗糙度；和/或，
所述来流信息包括喷口的来流雷诺数、旋翼转速、尾桨转速、来流攻角中任一项或多项的组合；和/或，
所述转捩信息包括所述微型飞行器的转捩起始点和转捩区长度参数。
本发明实施例提供的微型飞行器流动转捩信息的获取装置，能够先根据微型飞行器机身绕流流场特征，将微型飞行器所在流场划分为欧拉区、RANS区、关注区和脱离区等多个网格区域，从而获得适用于RANS计算的多重结构化网格，进而提高了后续流动转捩模拟过程中进行网格计算的准确性，然而在获取微型飞行器的边界条件信息以及来流信息之后，能够基于多个网格区域、边界条件信息、来流信息，利用预设转捩模型模拟微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用与预设转捩模型基于SST湍流模型相耦合的尺度自适应模型模拟微型飞行器分离流动转捩，获得微型飞行器的转捩信息，从而可以提高微型飞行器表面边界层流动转捩和分离流动转捩的模拟精度，进而提高了微型飞行器流动转捩信息的获取精度。
基于上述方法实施例，本发明的另一实施例提供了一种存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现如上任一实施例所述的微型飞行器流动转捩信息的获取方法。
基于上述方法实施例，本发明的另一实施例提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现如上任一实施例所述的微型飞行器流动转捩信息的获取方法。
上述系统、装置实施例与方法实施例相对应，与该方法实施例具有同样的技术效果，具体说明参见方法实施例。装置实施例是基于方法实施例得到的，具体的说明可以参见方法实施例部分，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种微型飞行器流动转捩信息的获取方法，其特征在于，所述方法包括：
根据微型飞行器机身绕流流场特征，将所述微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，所述多个网格区域包括欧拉区、雷诺平均RANS区、关注区和脱离区，所述欧拉区和所述RANS区均位于微型飞行器的左右两侧，且所述RANS区位于所述微型飞行器与所述欧拉区之间，所述关注区和所述脱离区均位于所述微型飞行器的后侧，且所述关注区位于所述微型飞行器与所述脱离区之间；
获取所述微型飞行器的边界条件信息以及来流信息；
基于所述多个网格区域、所述边界条件信息、所述来流信息，利用预设转捩模型模拟所述微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用尺度自适应模型模拟所述微型飞行器分离流动转捩，获得所述微型飞行器的转捩信息，其中，所述预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，且所述预设转捩模型与所述尺度自适应模型基于剪切应力输运SST湍流模型相耦合；
所述欧拉区的上游和所述欧拉区两侧区域没有湍流涡进入，且所述欧拉区内网格间距相同；和/或，
所述RANS区位于边界层，包括驻点附近的流动分离和贴体的细长分离泡；和/或，
所述关注区内的网格为立方体网格，所述立方体网格间距用于决定尺度自适应模拟SAS方法的空间分辨率；和/或，
所述脱离区与所述关注区光滑过度，且所述脱离区沿流向的网格拉伸率位于拉伸率范围[1.1，1.2]内；
所述关于脉动动能的第一输运方程包括：
Figure QLYQS_1
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程包括：
Figure QLYQS_2
；
所述关于间歇因子的第一输运方程包括：
Figure QLYQS_3
；
其中，所述
Figure QLYQS_7
表示所述脉动动能，所述
Figure QLYQS_9
表示流体密度，所述
Figure QLYQS_13
表示时间，所述
Figure QLYQS_4
表示第
Figure QLYQS_11
个流体分子的速度分量，所述
Figure QLYQS_15
表示第
Figure QLYQS_20
个流体分子的空间坐标，所述
Figure QLYQS_6
表示流体分子粘性，所述
Figure QLYQS_8
表示有效粘性系数，所述
Figure QLYQS_12
表示
Figure QLYQS_16
的普朗特数，所述
Figure QLYQS_18
表示脉动动能的生成项，所述
Figure QLYQS_22
表示脉动动能的耗散项，所述
Figure QLYQS_24
表示所述单位耗散率，所述
Figure QLYQS_26
表示
Figure QLYQS_21
的普朗特数，所述
Figure QLYQS_23
表示所述单位耗散率的生成项，所述
Figure QLYQS_25
表示所述单位耗散率的耗散项，所述
Figure QLYQS_27
表示所述单位耗散率的交叉扩散项，所述
Figure QLYQS_5
表示所述间歇因子，所述
Figure QLYQS_10
表示
Figure QLYQS_14
的普朗特数，所述
Figure QLYQS_17
表示所述间歇因子的生成项，所述
Figure QLYQS_19
表示所述间歇因子的耗散项。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述尺度自适应模型包括关于脉动动能的第二输运方程和关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程；
所述关于脉动动能的第二输运方程包括：
Figure QLYQS_28
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第二运输方程包括：
Figure QLYQS_29
；
其中，
Figure QLYQS_30
；
其中，所述
Figure QLYQS_32
表示湍流粘性系数，所述
Figure QLYQS_34
表示混合函数，所述
Figure QLYQS_36
表示阻尼函数，所述
Figure QLYQS_33
表示应变率，所述
Figure QLYQS_35
表示湍流长度尺度，所述
Figure QLYQS_37
表示冯卡门长度尺度，所述
Figure QLYQS_38
表示尺度自适应模拟SAS模式的系数，所述
Figure QLYQS_31
表示耗散普朗特数。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，
所述边界条件信息包括所述微型飞行器的壁面温度和壁面粗糙度；和/或，
所述来流信息包括喷口的来流雷诺数、旋翼转速、尾桨转速、来流攻角中任一项或多项的组合；和/或，
所述转捩信息包括所述微型飞行器的转捩起始点和转捩区长度参数。
4.一种微型飞行器流动转捩信息的获取装置，其特征在于，所述装置包括：
划分单元，用于根据微型飞行器机身绕流流场特征，将所述微型飞行器所在流场划分为多个网格区域，所述多个网格区域包括欧拉区、雷诺平均RANS区、关注区和脱离区，所述欧拉区和所述RANS区均位于微型飞行器的左右两侧，且所述RANS区位于所述微型飞行器与所述欧拉区之间，所述关注区和所述脱离区均位于所述微型飞行器的后侧，且所述关注区位于所述微型飞行器与所述脱离区之间；
获取单元，用于获取所述微型飞行器的边界条件信息以及来流信息；
模拟单元，用于基于所述多个网格区域、所述边界条件信息、所述来流信息，利用预设转捩模型模拟所述微型飞行器表面边界层流动转捩，以及利用尺度自适应模型模拟所述微型飞行器分离流动转捩，获得所述微型飞行器的转捩信息，其中，所述预设转捩模型包括关于脉动动能的第一输运方程、关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程、关于间歇因子的第一输运方程，且所述预设转捩模型与所述尺度自适应模型基于剪切应力输运SST湍流模型相耦合；
所述欧拉区的上游和所述欧拉区两侧区域没有湍流涡进入，且所述欧拉区内网格间距相同；和/或，
所述RANS区位于边界层，包括驻点附近的流动分离和贴体的细长分离泡；和/或，
所述关注区内的网格为立方体网格，所述立方体网格间距用于决定尺度自适应模拟SAS方法的空间分辨率；和/或，
所述脱离区与所述关注区光滑过度，且所述脱离区沿流向的网格拉伸率位于拉伸率范围[1.1，1.2]内；
所述关于脉动动能的第一输运方程包括：
Figure QLYQS_39
；
所述关于脉动动能的单位耗散率的第一输运方程包括：
Figure QLYQS_40
；
所述关于间歇因子的第一输运方程包括：
Figure QLYQS_41
；
其中，所述
Figure QLYQS_47
表示所述脉动动能，所述
Figure QLYQS_51
表示流体密度，所述
Figure QLYQS_55
表示时间，所述
Figure QLYQS_42
表示第
Figure QLYQS_48
个流体分子的速度分量，所述
Figure QLYQS_53
表示第
Figure QLYQS_57
个流体分子的空间坐标，所述
Figure QLYQS_43
表示流体分子粘性，所述
Figure QLYQS_46
表示有效粘性系数，所述
Figure QLYQS_50
表示
Figure QLYQS_54
的普朗特数，所述
Figure QLYQS_58
表示脉动动能的生成项，所述
Figure QLYQS_60
表示脉动动能的耗散项，所述
Figure QLYQS_62
表示所述单位耗散率，所述
Figure QLYQS_64
表示
Figure QLYQS_59
的普朗特数，所述
Figure QLYQS_61
表示所述单位耗散率的生成项，所述
Figure QLYQS_63
表示所述单位耗散率的耗散项，所述
Figure QLYQS_65
表示所述单位耗散率的交叉扩散项，所述
Figure QLYQS_44
表示所述间歇因子，所述
Figure QLYQS_49
表示
Figure QLYQS_52
的普朗特数，所述
Figure QLYQS_56
表示所述间歇因子的生成项，所述
Figure QLYQS_45
表示所述间歇因子的耗散项。
5.一种存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现权利要求1-3中任一项的方法。
6.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-3中任一项的方法。
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