一種上下翼面變形疊加方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種計算流體力學(xué)領(lǐng)域的方法，具體講涉及一種上下翼面變形疊加方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣動彈性力學(xué)是研究氣動力、彈性力和慣性力間相互作用的一門交叉學(xué)科。上個世紀(jì)90年代初，國內(nèi)外開始致力于基于Euler/N-S方程的氣動彈性CFD/CSD耦合迭代計算方法研究。目前，CFD/CSD耦合計算已較為廣泛的應(yīng)用于工程實際，但還存在一些技術(shù)難點和技術(shù)細(xì)節(jié)有待解決。靜氣動彈性問題忽略慣性力的影響，其CFD/CSD耦合計算采用定常氣動力和結(jié)構(gòu)變形交替迭代計算直至收斂的方法，而翼面靜變形則通常采用柔度法計算。
[0003]傳統(tǒng)流-固耦合計算的流體域和固體域分別采用不同網(wǎng)格系統(tǒng)，通過流-固耦合界面信息傳遞技術(shù)進(jìn)行信息傳遞，在每個迭代步均需要進(jìn)行界面信息傳遞。當(dāng)把柔度陣從結(jié)構(gòu)點插值到翼面氣動網(wǎng)格點后，基于單一的氣動網(wǎng)格系統(tǒng)開展靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算，可以避免反復(fù)的流-固耦合界面信息傳遞環(huán)節(jié)，有效提高計算效率。根據(jù)柔度法，翼面氣動網(wǎng)格單元格心處的結(jié)構(gòu)變形等于氣動網(wǎng)格系統(tǒng)中的柔度陣乘以相應(yīng)的上下翼面單元氣動力組成的力向量，因此要求上下翼面的氣動網(wǎng)格在投影平面重合，實際應(yīng)用中對于非對稱翼面是難以實現(xiàn)的，增加了翼面網(wǎng)格分布難度并限制了靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明針對傳統(tǒng)柔度法靜氣動彈性計算要求上下翼面氣動網(wǎng)格在投影平面重合的局限，提供一種上下翼面變形疊加方法，使得基于柔度法的靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算適用于任意翼面網(wǎng)格分布情況。
[0005]實現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為:
[0006]—種上下翼面變形疊加方法，其改進(jìn)之處在于:所述方法包括以下步驟:
[0007]確定獲得上下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣；
[0008]運用柔度法，將翼面結(jié)構(gòu)變形分解為上翼面和下翼面氣動載荷單獨作用下所產(chǎn)生的變形量的疊加，獲得上下翼面氣動載荷單獨作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量；
[0009]根據(jù)翼面初始靜態(tài)網(wǎng)格坐標(biāo)，采用面樣條方法獲得上下翼面間變形插值矩陣，包括:上翼面格心到下翼面格心的變形量插值矩陣[T,J、下翼面格心到下翼面格點的插值矩陣[IYJ和下翼面格心到上翼面格點額插值矩陣[IYJ ;
[0010]根據(jù)上下翼面氣動載荷單獨作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量和上下翼面變形插值矩陣，確定所述上下翼面變形疊加。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟:確定所述上下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度針插值，包括:
[0012]運用結(jié)構(gòu)分析獲得結(jié)構(gòu)點處的柔度陣；
[0013]采用面樣條方法，將結(jié)構(gòu)點處柔度陣分別插值到上下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處，獲得上翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣[CAU]和下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣[CAJ。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟:運用柔度法，將翼面結(jié)構(gòu)變形分解為上翼面和下翼面氣動載荷單獨作用下所產(chǎn)生的變形量的疊加，獲得計算上下翼面氣動載荷單獨作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量；包括:
[0015]S201、運用CFD獲得上翼面網(wǎng)格單元氣動載荷{F,}和下翼面網(wǎng)格單元氣動載荷
{FJ ;
[0016]S202、根據(jù)上下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣，分別計算出下翼面氣動載荷作用下的下翼面氣動網(wǎng)格格心處變形量[CAJ {FJ和單獨上翼面氣動載荷作用下的上翼面變形量[CAU] {FJ ο
[0017]S203、根據(jù)柔度法，確定翼面氣動網(wǎng)格單元格心處的結(jié)構(gòu)變形量為:{ △ z} = [CA]{B} = [CA] {Fl+FJ = [CAL] {Fl} + [CaJ {FJ ;
[0018]其中，[CA]為氣動網(wǎng)格單元格心處的柔度陣，{B}為上下翼面對應(yīng)網(wǎng)格單元的氣動力矢量，L、U分別表示下、上翼面，F(xiàn)為CFD計算得到的翼面網(wǎng)格單元氣動載荷，[CAL] {FJ為只在下翼面氣動載荷作用下下翼面網(wǎng)格單元格心處的變形，[CAU] {FJ為只在上翼面氣動載荷作用下上翼面氣動網(wǎng)格單元格心處的變形。
[0019]優(yōu)選地，所述步驟:確定所述上下翼面變形疊加，包括:
[0020]S401、將上翼面單元格心處變形[CAU] {FJ插值至下翼面[I；J [CAU] {Fj，并與下翼面單元格心處變形[CAJ {FJ進(jìn)行疊加，獲得下翼面單元格心處真實變形[CAJ {FL} + [TJ[CAU] {FJ ;
[0021]S402、將下翼面單元格心處真實變形插值到下翼面格點處，獲得下翼面格點真實變形[AzL] = [TLL] ([CAL] {FL} + [TJ [CAU] {FJ);
[0022]S403、將下翼面單元格心處真實變形插值到插值至上翼面格點處，獲得上翼面格點處真實變形[AZu] = [TLU] ([CAL] {Fl} + [TJ [Cau] {FJ);
[0023]其中，[CA]為氣動網(wǎng)格單元格心處的柔度陣，{B}為上下翼面對應(yīng)網(wǎng)格單元的氣動力矢量，下標(biāo)L、U分別代表下、上翼面，F(xiàn)代表CFD計算得到的翼面網(wǎng)格單元氣動載荷，[CAL]{FJ為只在下翼面氣動載荷作用下下翼面網(wǎng)格單元格心處的變形，[CAU] {FJ為只在上翼面氣動載荷作用下上翼面氣動網(wǎng)格單元格心處的變形。
[0024]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]本發(fā)明提供的方法考慮上下翼面氣動網(wǎng)格在投影平面上不重合情況，將上下翼面氣動載荷單獨作用下翼面變形在上下翼面間相互插值后才能疊加；突破了傳統(tǒng)柔度法靜氣動彈性計算要求上下翼面氣動網(wǎng)格在投影平面重合的局限，適用于任意翼面網(wǎng)格分布情況下靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算，有效提高了應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明中翼面變形疊加技術(shù)計算流程圖；
[0027]圖2為本實施例中機(jī)翼表面網(wǎng)格圖；
[0028]圖3為本實施例投影平面機(jī)翼結(jié)構(gòu)點分布圖；
[0029]圖4為本實施例投影平面翼面氣動網(wǎng)格點分布圖；
[0030]圖5為本實施例機(jī)翼柔度法靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施例所限制，其他實施方案可以包括結(jié)構(gòu)的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他改變。實施例僅代表可能的變化。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。本文中，本發(fā)明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術(shù)語“發(fā)明”來表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實上公開了超過一個的發(fā)明，不是要自動的限制該應(yīng)用的范圍為任何單個發(fā)明或者發(fā)明構(gòu)思。
[0033]如圖1所示，圖1為本發(fā)明的翼面變形疊加技術(shù)計算流程圖；本發(fā)明針對傳統(tǒng)柔度法靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算時，要求上下翼面氣動網(wǎng)格在投影平面重合的局限性，提供一種上下翼面變形疊加的方法，使得基于柔度法的靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算適用于任意翼面網(wǎng)格分布情況。
[0034]該方法包括以下步驟:
[0035]確定獲得上下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣。
[0036]計算上下翼面氣動載荷單獨作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量。
[0037]計算上下翼面間變形量插值矩陣。
[0038]翼面真實變形疊加計算。
[0039]針對步驟:確定獲得上下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣。
[0040]基于單一氣動網(wǎng)格系統(tǒng)的靜氣動彈性CFD/CSD耦合計算需要翼面氣動網(wǎng)格單元格心處的柔度陣。本實施例中，運用結(jié)構(gòu)分析獲得結(jié)構(gòu)點處的柔度陣，獲得如圖3所示的投影平面(Χ0Υ)上機(jī)翼結(jié)構(gòu)點一種實施例分布圖。
[0041]本發(fā)明采用面樣條方法，將結(jié)構(gòu)點處柔度陣分別插值到上下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處，得到上翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣[CAU]、下翼面氣動網(wǎng)格單元格心處柔度陣[CAL]。
[0042]柔度陣插值只與翼面初始靜態(tài)網(wǎng)格相關(guān)，前處理計算完成后，靜氣動彈性CFD/CSD耦合迭代過程中直接使用。
[0043]針對步驟:計算上下翼面氣動載荷單獨作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量。
[0044]本發(fā)明運用柔度法，將翼面結(jié)構(gòu)變形分解為上翼面和下翼面氣