CN116499698A - 一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，涉及气动与运动力耦合分析领域，包括：建立磁浮飞行风洞仿真模型和气动与运动力学耦合平台；建立用于为磁浮平台提供悬浮力的悬浮力模拟单元，并对磁浮飞行风洞仿真模型进行网格划分；设置磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件；基于气动与运动力学耦合平台、悬浮力模拟单元、网格划分结果、磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件，进行磁浮平台的气动与运动力学耦合计算；基于计算结果，获得磁浮飞行风洞的磁浮平台运动过程的流场特性、气动载荷参数及运行姿态参数的时间历程曲线，本发明能够提高磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析的计算效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及磁浮飞行风洞领域，具体地，涉及一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法。
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，其中磁浮平台是用于搭载试验模型，实现悬浮隔振、驱动控制模型运动、减速制动以模拟真实运行状态的关键组成部分。在长直线密闭管道中高速运动过程的气动特性复杂，涉及到波系传播形成的气动力和电磁悬浮力的共同作用。
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运行的磁浮平台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，通过改变磁浮平台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，可以模拟试验模型的快速加速/减速过程及速度急剧变化时的气动现象。试验过程中，风洞内磁浮平台高速运动过程所产生的气动力和声波的传播十分复杂，同时电磁悬浮的磁浮平台在复杂非稳定的气动载荷作用下将产生运动力学状态改变，磁浮平台的运动力学和空气动力学将相互耦合。
传统空气动力学仿真和运动力学计算分析方法在处理此类耦合问题还存在一定的局限性。传统方法将运动力学计算和空气动力学计算分别求解，两个计算模块间相互按一定的计算步骤传输数据实现联合耦合求解，并且计算时间很长，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。复杂的流场特性会导致悬浮运行的磁浮平台运动力学特性发生改变，变化的运动特性又将对流场特性产生影响。因此，磁浮平台在密闭管道内高速运动过程所受到的气动特性与运动特性之间存在耦合效应，属于运动力学和空气动力学的耦合问题。现有技术在处理运动力学和空气动力学耦合时，一般采用接口程序实现两个计算模块的数据交换，在一个模块计算的过程中另一个模块基本都在等待参数的状态中。同时空气动力学计算的时间步长和运动力学计算的时间步长存在数量级的差异，会导致运动力学计算较长时间处于等待状态，严重影响计算的效率。此外由于是给定一定时间步长进行迭代，空气动力学计算迭代步长相对运动力学计算迭代步长较长，导致空气动力学计算得到的气动载荷变化在两个输出的迭代步之间存在较大变化，可能会导致运动力学计算在突变输入下计算不收敛。
发明内容
本发明目的为提高磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析的计算效率和精度。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，所述方法包括：
步骤1：建立磁浮飞行风洞仿真模型，基于磁浮飞行风洞仿真模型建立磁浮平台的气动与运动力学耦合平台；
步骤2：建立用于为磁浮平台提供悬浮力的悬浮力模拟单元，并对磁浮飞行风洞仿真模型进行网格划分，获得网格划分结果；
步骤3：设置磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件；
步骤4：基于气动与运动力学耦合平台、悬浮力模拟单元、网格划分结果、磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件，进行磁浮平台的气动与运动力学耦合计算，获得计算结果；
步骤5：基于计算结果，获得磁浮飞行风洞的磁浮平台运动过程的流场特性、气动载荷参数及运行姿态参数的时间历程曲线。
由于本方法建立了磁浮飞行风洞仿真模型及气动与运动力学耦合平台，因此本发明可以实现磁浮飞行风洞磁浮平台的气动与运动耦合分析计算的同空间和时间化处理，相比于传统计算方法相比，可以实现磁浮平台运行的流场计算和运动力学计算同时间步和空间场计算。
采用本方法有效统一磁浮平台运动空气动力学计算和运动力学计算的计算步长，基于同平台计算，避免了运动力学计算等待的情况，提高计算效率。此外本方法由于空气动力学计算输出载荷与运动力学计算同步进行，避免了气动载荷输入动力学计算突变导致计算不收敛的问题，提高了运动力学计算的精度。在磁浮平台空气动力学计算中实时引入磁浮平台的运动力学导致的运行姿态变化将可以使流场特征计算更加准确，提高流场特性分析的准确性。
进一步的，磁浮飞行风洞仿真模型包括：磁浮飞行风洞管道，磁浮飞行风洞管道内设有轨道，轨道上悬浮有可在轨道上方运动的磁浮平台，磁浮平台用于携带试验模型在磁浮飞行风洞管道内移动。
进一步的，所述步骤1具体包括：
步骤1.1：根据磁浮平台结构外形和磁浮飞行风洞管道参数绘制磁浮飞行风洞仿真模型结构图；
步骤1.2：基于磁浮飞行风洞仿真模型结构图，设置磁浮平台为运动固体域，设置磁浮飞行风洞管道内其余部分为流体域，建立磁浮飞行风洞仿真模型；
步骤1.3：在流体域中进行流场特性分析设置，包括流场密度、粘度和温度参数设置以及湍流模型设置；
步骤1.4：基于磁浮飞行风洞仿真模型建立气动与运动力学耦合平台，设置流体域压力条件实时作用于运动固体域边界，运动固体域边界为流体计算的动态边界；
步骤1.5：采用拉格朗日方法对流体域进行描述，采用欧拉方法对运动固体域进行描述。
进一步的，步骤2中对磁浮飞行风洞仿真模型网格划分包括：
首先，根据流场特性设置磁浮飞行风洞管道内流体域网格大小及根据磁浮平台结构特性设置运动固体域网格大小；然后设置边界层参数，然后选择网格类型进行网格划分，根据流场特性设置合适的网格大小，在保证计算精度的同时实现最高计算速度。
进一步的，步骤3具体包括：
步骤3.1：设置磁浮平台运动速度曲线；
步骤3.2：设置磁浮飞行风洞管道流体域进出口及壁面边界条件；
步骤3.3：设置磁浮平台为磁浮飞行风洞管道流体域的内部运动边界。
其中，对磁浮平台速度进行定义便于模拟实际试验工况，设置流体域边界条件和内部运动边界均便于开展流体分析。
进一步的，步骤4包括：
步骤4.1：基于网格划分结果、磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件，计算获得流场的流速；
步骤4.2：根据流场的流速计算得到运动固体域受到的气动力矩阵；
步骤4.3：基于悬浮力模拟单元获得作用于磁浮平台的悬浮力，基于悬浮力和气动力矩阵计算得到运动固体域的运动特性参数；
步骤4.4：判断是否到达终点计算时刻，若到达则执行步骤4.5；若未到达，则基于步骤4.3计算得到的运动固体域的运动特性参数更新流场边界条件并返回执行步骤4.1；运动特性参数包括X、Y和Z轴三个方向的平动以及X、Y和Z轴三个方向转动的速度和位移参数；
步骤4.5：终止计算，获得计算结果。
进一步的，步骤5包括：
步骤5.1：根据计算结果生成流场特性参数结果，包括速度场信息和压力场信息；
步骤5.2：根据计算结果分析获得磁浮平台受到的气动载荷和运行姿态参数的时间历程结果。
进一步的，气动力矩阵的计算方式为：
；
；
其中，f为流场对磁浮平台产生的气动载荷，∇为哈密尔顿算子、∇ufluid为流场速度梯度，∇·ufluid为流场的速度散度，p表示压力，μ表示流体粘度，T表示温度，n表示交界面外法向，I表示特征矩阵，Ffluid为流场对磁浮平台作用的气动力矩阵，dv和dV分别表示网格单元的空间框架和材料框架的缩放因子。
进一步的，磁浮平台的速度计算方式为：
；
其中，usolid为磁浮平台的速度，∂Xsolid为磁浮平台位移的导数，∂t为时间的导数。
进一步的，采用以下公式计算得到运动固体域的运动特性参数：
；
其中，Msolid表示磁浮平台的质量矩阵，Csolid表示磁浮平台的阻尼矩阵，Ksolid表示磁浮平台的刚度矩阵，Faction表示悬浮力。
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：
本发明能够提高磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析的计算效率和精度。
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为本发明中磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法的流程示意图；
图2为磁浮飞行风洞仿真模型示意图；
图3为气动和运动耦合计算平台示意图；
图4为磁浮平台气动与运动耦合计算网格示意图；
图5为磁浮平台受到的总气动力矩时域曲图；
图6为磁浮平台的运行转动角度时域图。
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为本发明中磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法的流程示意图，本发明提供了一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，所述方法包括：
步骤1：建立磁浮飞行风洞仿真模型，基于磁浮飞行风洞仿真模型建立磁浮平台的气动与运动力学耦合平台；
步骤2：建立用于为磁浮平台提供悬浮力的悬浮力模拟单元，并对磁浮飞行风洞仿真模型进行网格划分，获得网格划分结果；
步骤3：设置磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件；
步骤4：基于气动与运动力学耦合平台、悬浮力模拟单元、网格划分结果、磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件，进行磁浮平台的气动与运动力学耦合计算，获得计算结果；
步骤5：基于计算结果，获得磁浮飞行风洞的磁浮平台运动过程的流场特性、气动载荷参数及运行姿态参数的时间历程曲线。
其中，流场特性主要包括：流场的速度、压力、湍流强度的分布特性；气动载荷参数主要包括：X、Y和Z轴三个方向的气动力和X、Y和Z轴三个方向的气动力矩；运行姿态参数主要包括：X、Y和Z轴三个方向平动位移和X、Y和Z轴三个方向转动位移。
其中，本发明研究了磁浮飞行风洞磁浮平台运行过程中的运行状态受多场耦合作用下的特性，从气动与运动耦合仿真的角度对磁浮飞行风洞试验过程磁浮平台所受到的非定常气动载荷和悬浮力进行考虑，通过上述步骤求解了磁浮飞行风洞管道内磁浮平台周围的三维可压缩流场特性及磁浮平台运动力学特性，获得了磁浮平台在高速运动过程的运行姿态及气动载荷参数变化、管道内的波系传播特性，为磁浮飞行风洞磁浮平台气动外形设计及电磁悬浮设计等关键技术问题提供支撑。
本发明利用空气动力学与运动力学的实时数据计算方法对磁浮平台进行数值模拟，从空气动力学与运动力学耦合的角度评估磁浮平台在密闭管道内高速悬浮运动过程的气动特性及运动力学特性问题。
在此工程和技术背景下，基于空气动力学-运动力学耦合的实时数据计算方法，根据磁浮飞行风洞的实际试验需求合理建立仿真工况，从空气动力学-运动力学耦合的角度对磁浮飞行风洞磁浮平台在磁浮飞行风洞管道内的运行过程进行气动特性仿真评估，分析磁浮平台密闭管道内悬浮高速运动的气动及运动力学问题，获得气动载荷参数及运行姿态参数的时间历程变化曲线以及流场的变化特性，为磁浮飞行风洞磁浮平台气动外形设计及电磁悬浮设计提供强技术支撑，从而支撑磁浮飞行风洞设计方案的建设。
下面对实施例中的方法进行详细介绍，本方法包括：
步骤1：基于一体化的气动与运动力学耦合关系建立磁浮飞行风洞磁浮平台真空管道仿真模型，请参考图2，图2为磁浮飞行风洞仿真模型示意图，磁浮飞行风洞仿真模型包括：磁浮飞行风洞管道，磁浮飞行风洞管道内设有轨道，轨道上悬浮有可在所述轨道上移动的磁浮平台，磁浮平台用于携带试验模型在磁浮飞行风洞管道内移动，其中，步骤1具体包括：
步骤1.1：根据磁浮平台结构外形及运行管道参数绘制仿真模型结构图；
步骤1.2：在绘制的仿真模型结构图基础上设置磁浮平台为运动固体域，磁浮飞行风洞管道内其余部分为流体域；
步骤1.3：在流体域中进行流场特性分析相关设置，如设置压缩性、湍流模型等；
步骤1.4：建立气动与运动力学耦合平台，请参考图3，图3为气动与运动力学耦合平台示意图，设置流体域压力条件实时作用于运动固体域边界，运动固体域边界为流体计算的动态边界；
步骤1.5 采用拉格朗日方法对流体域进行描述，采用欧拉方法对运动固体域进行描述。
步骤2：对所建立仿真模型进行网格划分，并建立悬浮力模拟单元，悬浮力模拟单元用于向磁浮平台提供悬浮力，其中，网格划分的具体包括：
步骤2.1：根据流场特性设置真空管道内流体域网格大小；
步骤2.2：根据磁浮平台结构特性设置运动固体域网格大小；
步骤2.3：设置边界层等参数；
步骤2.4：选择网格类型进行网格划分。
步骤3：设置磁浮平台运行工况速度曲线和流场边界条件，具体包括：
步骤3.1：设置磁浮平台运动速度曲线；
步骤3.2：设置真空管道流体域进出口及壁面边界条件；
步骤3.3：设置磁浮平台为真空管道流体域的内部运动边界。
步骤4：进行磁浮平台气动-运动力学耦合计算求解，具体包括：
步骤4.1：根据纳维-斯托克（Navier-Stokes）方程计算流场的流速；
步骤4.2：根据流场的流速和计算公式（1）和（2）计算得到运动固体域受到的气动力矩阵；
步骤4.3：根据气动力矩阵、悬浮力及计算公式（4）计算得到运动固体域的运动特性参数；
步骤4.4：根据计算公式（3）计算得到运动固体域的运动速度参数及姿态参数，并作为流场计算的内部边界条件输入流场计算中，返回执行步骤4.1，进行迭代计算，在同一空间内实现运动与气动同时间步分析，到达迭代时间后，执行步骤5。
步骤5：输出磁浮飞行风洞磁浮平台高速运动过程的流场特性、气动载荷参数及运行姿态参数的时间历程曲线，具体包括：
步骤5.1：根据迭代计算结果生成流场特性参数结果，包括速度场信息、压力场信息等；
步骤5.2：根据迭代计算结果分析磁浮平台受到的气动载荷和运行姿态参数时间历程结果。
其中，气动与运动计算分析方法包括：
分析气动和运动相互耦合问题关键在于分析流体和运动力学间的相互作用。本方法中利用了任意拉格朗日-欧拉（arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE）方法将空气动力学和运动力学分析进行统一，其中空气动力学计算采用了欧拉描述流体分析框架，拉格朗日对运动力学进行描述。
流场分析计算采用纳维-斯托克（Navier-Stokes）方程，主要用于分析计算流场的流速ufluid。流场中计算得到的作用于运动物体的气动载荷参数，计算公式如下：
（1）；
式1中，f为流场对运动物体产生的气动载荷，∇为哈密尔顿算子，∇ufluid为流场速度梯度，∇·ufluid为流场的速度散度，p表示压力，μ表示流体粘度，T表示温度，n表示交界面外法向，I表示特征矩阵，本实施例中的运动物体为磁浮平台；
由于纳维-斯托克方程主要用于计算流场的变化，运动力学分析与空气动力学分析的边界为磁浮平台的结构外形，气动力作用于运动力学分析时，计算公式如下：
（2）；
其中，Ffluid为流场对运动物体作用的气动力矩阵，dv和dV分别表示网格单元的空间框架和材料框架的缩放因子，同时耦合效应需考虑物体运动的速度：
（3）；
其中，usolid为运动物体的速度，∂Xsolid为物体位移的导数，∂t为时间的导数。该式表示运动物体的位移变化速度，Xsolid表示运动物体的位移矩阵，作为移动边界作用于流场域中。
此外在运动力学计算中可以考虑引入重力、弹簧力、接触力等运动力学计算中的常见的力元。其主要运动力学方程为：
（4）；
其中，Msolid表示磁浮平台的质量矩阵，Csolid表示磁浮平台的阻尼量矩阵，Ksolid表示磁浮平台的刚度矩阵，Faction表示气动载荷以外的其他外界载荷。
本方法建立了气动和运动耦合计算平台，如图3所示，实现空气动力学和运动力学分析在时间和空间域进行统一，流体域的流场特性计算和运动固体域的运动力学计算采用同步分析方法，流体域的气动载荷作用于运动固体域的边界上，同时运动固体域上作用了其他载荷，运动固体域可以定义相应的运动速度，运动固体域作为流体域的运动边界条件，模拟真实的运行工况。此外还可以考虑运动固体域内部的刚度和阻尼。
本发明针对磁浮飞行风洞设计过程涉及到的气动与运动耦合动力学问题，研究了一种磁浮平台气动与运动力学耦合仿真评估方法，本方法可以对磁浮平台在磁浮飞行风洞直线密闭管道内高速运动过程的的运行姿态及气动载荷参数变化、管道内的波系传播特性进行准确模拟，为磁浮飞行风洞磁浮平台气动外形设计及电磁悬浮设计等关键技术问题提供支撑。
下面结合具体的数据和例子对本方法进行介绍：
模拟磁浮平台高速运动的模型主要包括磁浮飞行风洞运行的磁浮飞行风洞管道和磁浮平台，模型如图2所示，流体网格域的长度为2000米，流场采用结构化和非结构化混合网格，最小网格尺寸为0.001m，运动固体域与流体域均进行网格划分，总共57235个二维网格，如图4所示，图4为磁浮平台气动与运动耦合计算网格图。但运动固体域进行刚性化处理，在分析中不考虑磁浮平台的变形。为了简化分析，在磁浮平台外采用类似磁浮列车的气动外形结构，减小气动阻力。为实现磁浮平台悬浮运行，并且运行姿态可以发生改变，在磁浮平台和磁浮飞行风洞管道间定义运动悬浮力元，设置前后两个悬浮力元，并且定义悬浮刚度为150kN/mm。管道内气体压力设置为0.1个大气压，考虑流体的湍流。磁浮平台运行速度为340m/s.
采用气动和运动耦合计算平台计算分析得到的磁浮飞行风洞管道内压力和速度，磁浮平台周围存在复杂的激波系结构，这些复杂的波系存在非稳定性，将对磁浮平台产生变化的气动载荷。如图5所示，磁浮平台受到的气动力矩呈一个随时间变化震荡幅值逐渐变化的谐波曲线，进一步就会导致磁浮平台的转动角度呈现类似的振荡变化，如图6所示。表明悬浮状态运动的磁浮平台在变化的气动力矩作用下，将呈现一个随时间变化的转动状态，运行状态具有非稳定性，本方法可以在同一平台实现一体化同步分析磁浮平台的气动与运动耦合特征。
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磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：建立磁浮飞行风洞仿真模型，基于磁浮飞行风洞仿真模型建立磁浮平台的气动与运动力学耦合平台；
步骤2：建立用于为磁浮平台提供悬浮力的悬浮力模拟单元，并对磁浮飞行风洞仿真模型进行网格划分，获得网格划分结果；
步骤3：设置磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件；
步骤4：基于气动与运动力学耦合平台、悬浮力模拟单元、网格划分结果、磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件，进行磁浮平台的气动与运动力学耦合计算，获得计算结果；
步骤5：基于计算结果，获得磁浮飞行风洞的磁浮平台运动过程的流场特性、气动载荷参数及运行姿态参数的时间历程曲线。
2.根据权利要求1所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，磁浮飞行风洞仿真模型包括：磁浮飞行风洞管道，磁浮飞行风洞管道内设有轨道，轨道上悬浮有可在轨道上方运动的磁浮平台，磁浮平台用于携带试验模型在磁浮飞行风洞管道内移动。
3.根据权利要求1所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：
步骤1.1：根据磁浮平台结构外形和磁浮飞行风洞管道参数绘制磁浮飞行风洞仿真模型结构图；
步骤1.2：基于磁浮飞行风洞仿真模型结构图，设置磁浮平台为运动固体域，设置磁浮飞行风洞管道内其余部分为流体域，建立磁浮飞行风洞仿真模型；
步骤1.3：在流体域中进行流场特性分析设置，包括流场密度、粘度和温度参数设置以及湍流模型设置；
步骤1.4：基于磁浮飞行风洞仿真模型建立气动与运动力学耦合平台，设置流体域压力条件实时作用于运动固体域边界，运动固体域边界为流体计算的动态边界；
步骤1.5：采用拉格朗日方法对流体域进行描述，采用欧拉方法对运动固体域进行描述。
4.根据权利要求1所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，步骤2中对磁浮飞行风洞仿真模型网格划分包括：
首先，根据流场特性设置磁浮飞行风洞管道内流体域网格大小及根据磁浮平台结构特性设置运动固体域网格大小；然后设置边界层参数，然后选择网格类型进行网格划分。
5.根据权利要求1所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，步骤3具体包括：
步骤3.1：设置磁浮平台运动速度曲线；
步骤3.2：设置磁浮飞行风洞管道流体域进出口及壁面边界条件；
步骤3.3：设置磁浮平台为磁浮飞行风洞管道流体域的内部运动边界。
6.根据权利要求1所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，步骤4包括：
步骤4.1：基于网格划分结果、磁浮平台运动速度曲线和流场边界条件，计算获得流场的流速；
步骤4.2：根据流场的流速计算得到运动固体域受到的气动力矩阵；
步骤4.3：基于悬浮力模拟单元获得作用于磁浮平台的悬浮力，基于悬浮力和气动力矩阵计算得到运动固体域的运动特性参数；
步骤4.4：判断是否到达终点计算时刻，若到达则执行步骤4.5；若未到达，则基于步骤4.3计算得到的运动固体域的运动特性参数，更新流场边界条件并返回执行步骤4.1；
步骤4.5：终止计算，获得计算结果。
7.根据权利要求1所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，步骤5包括：
步骤5.1：根据计算结果生成流场特性参数结果，包括速度场信息和压力场信息；
步骤5.2：根据计算结果分析获得磁浮平台受到的气动载荷和运行姿态参数的时间历程结果。
8.根据权利要求6所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，气动力矩阵的计算方式为：
；
；
其中，f为流场对磁浮平台产生的气动载荷，∇为哈密尔顿算子，∇ufluid为流场速度梯度，∇·ufluid为流场的速度散度，p表示压力，μ表示流体粘度，T表示温度，n表示交界面外法向，I表示特征矩阵，Ffluid为流场对磁浮平台作用的气动力矩阵，dv和dV分别表示网格单元的空间框架和材料框架的缩放因子。
9.根据权利要求6所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，磁浮平台的速度计算方式为：
；
其中，usolid为磁浮平台的速度，∂Xsolid为磁浮平台位移的导数，∂t为时间的导数。
10.根据权利要求6所述的一种磁浮飞行风洞磁浮平台气动与运动力学耦合分析方法，其特征在于，采用以下公式计算得到运动固体域的运动特性参数中的位移矩阵Xsolid，包括磁浮平台的X、Y和Z轴三个方向的平动以及X、Y和Z轴三个方向转动的位移：
；
其中，Msolid表示磁浮平台的质量矩阵，Csolid表示磁浮平台的阻尼矩阵，Ksolid表示磁浮平台的刚度矩阵，Faction表示悬浮力。
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