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(jì)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(dòng)彈性力學(xué)是研究氣動(dòng)力、彈性力和慣性力間相互作用的一門交叉學(xué)科。上個(gè)世紀(jì)90年代初，國(guó)內(nèi)外開始致力于基于Euler/N-S方程的氣動(dòng)彈性CFD/CSD耦合迭代計(jì)算方法研究。目前，CFD/CSD耦合計(jì)算已較為廣泛的應(yīng)用于工程實(shí)際，但還存在一些技術(shù)難點(diǎn)和技術(shù)細(xì)節(jié)有待解決。靜氣動(dòng)彈性問題忽略慣性力的影響，其CFD/CSD耦合計(jì)算采用定常氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)變形交替迭代計(jì)算直至收斂的方法，而翼面靜變形則通常采用柔度法計(jì)算。
[0003]傳統(tǒng)流-固耦合計(jì)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(gè)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(diǎn)插值到翼面氣動(dòng)網(wǎng)格點(diǎn)后，基于單一的氣動(dòng)網(wǎng)格系統(tǒng)開展靜氣動(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)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(jì)算效率。根據(jù)柔度法，翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處的結(jié)構(gòu)變形等于氣動(dòng)網(wǎng)格系統(tǒng)中的柔度陣乘以相應(yīng)的上下翼面單元?dú)鈩?dòng)力組成的力向量，因此要求上下翼面的氣動(dòng)網(wǎng)格在投影平面重合，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于非對(duì)稱翼面是難以實(shí)現(xiàn)的，增加了翼面網(wǎng)格分布難度并限制了靜氣動(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)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(duì)傳統(tǒng)柔度法靜氣動(dòng)彈性計(jì)算要求上下翼面氣動(dòng)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(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)算適用于任意翼面網(wǎng)格分布情況。
[0005]實(shí)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(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度陣；
[0008]運(yùn)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(dòng)載荷單獨(dú)作用下所產(chǎn)生的變形量的疊加，獲得上下翼面氣動(dòng)載荷單獨(dú)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(diǎn)的插值矩陣[IYJ和下翼面格心到上翼面格點(diǎn)額插值矩陣[IYJ ;
[0010]根據(jù)上下翼面氣動(dòng)載荷單獨(dú)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(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度針插值，包括:
[0012]運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析獲得結(jié)構(gòu)點(diǎn)處的柔度陣；
[0013]采用面樣條方法，將結(jié)構(gòu)點(diǎn)處柔度陣分別插值到上下翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處，獲得上翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度陣[CAU]和下翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度陣[CAJ。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟:運(yùn)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(dòng)載荷單獨(dú)作用下所產(chǎn)生的變形量的疊加，獲得計(jì)算上下翼面氣動(dòng)載荷單獨(dú)作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量；包括:
[0015]S201、運(yùn)用CFD獲得上翼面網(wǎng)格單元?dú)鈩?dòng)載荷{F,}和下翼面網(wǎng)格單元?dú)鈩?dòng)載荷
{FJ ;
[0016]S202、根據(jù)上下翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度陣，分別計(jì)算出下翼面氣動(dòng)載荷作用下的下翼面氣動(dòng)網(wǎng)格格心處變形量[CAJ {FJ和單獨(dú)上翼面氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)網(wǎng)格單元格心處的柔度陣，{B}為上下翼面對(duì)應(yīng)網(wǎng)格單元的氣動(dòng)力矢量，L、U分別表示下、上翼面，F(xiàn)為CFD計(jì)算得到的翼面網(wǎng)格單元?dú)鈩?dòng)載荷，[CAL] {FJ為只在下翼面氣動(dòng)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(dòng)載荷作用下上翼面氣動(dòng)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(shí)變形[CAJ {FL} + [TJ[CAU] {FJ ;
[0021]S402、將下翼面單元格心處真實(shí)變形插值到下翼面格點(diǎn)處，獲得下翼面格點(diǎn)真實(shí)變形[AzL] = [TLL] ([CAL] {FL} + [TJ [CAU] {FJ);
[0022]S403、將下翼面單元格心處真實(shí)變形插值到插值至上翼面格點(diǎn)處，獲得上翼面格點(diǎn)處真實(shí)變形[AZu] = [TLU] ([CAL] {Fl} + [TJ [Cau] {FJ);
[0023]其中，[CA]為氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處的柔度陣，{B}為上下翼面對(duì)應(yīng)網(wǎng)格單元的氣動(dòng)力矢量，下標(biāo)L、U分別代表下、上翼面，F(xiàn)代表CFD計(jì)算得到的翼面網(wǎng)格單元?dú)鈩?dòng)載荷，[CAL]{FJ為只在下翼面氣動(dòng)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(dòng)載荷作用下上翼面氣動(dòng)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(dòng)網(wǎng)格在投影平面上不重合情況，將上下翼面氣動(dòng)載荷單獨(dú)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(dòng)彈性計(jì)算要求上下翼面氣動(dòng)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(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)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(jì)算流程圖；
[0027]圖2為本實(shí)施例中機(jī)翼表面網(wǎng)格圖；
[0028]圖3為本實(shí)施例投影平面機(jī)翼結(jié)構(gòu)點(diǎn)分布圖；
[0029]圖4為本實(shí)施例投影平面翼面氣動(dòng)網(wǎng)格點(diǎn)分布圖；
[0030]圖5為本實(shí)施例機(jī)翼柔度法靜氣動(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)算結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)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(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制，其他實(shí)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(shí)施例僅代表可能的變化。相反，提供這些實(shí)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(shí)施方案可以被單獨(dú)地或總地用術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”來(lái)表示，這僅僅是為了方便，并且如果事實(shí)上公開了超過一個(gè)的發(fā)明，不是要自動(dòng)的限制該應(yīng)用的范圍為任何單個(gè)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(jì)算流程圖；本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)柔度法靜氣動(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)算時(shí)，要求上下翼面氣動(dòng)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(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)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(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度陣。
[0036]計(jì)算上下翼面氣動(dòng)載荷單獨(dú)作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量。
[0037]計(jì)算上下翼面間變形量插值矩陣。
[0038]翼面真實(shí)變形疊加計(jì)算。
[0039]針對(duì)步驟:確定獲得上下翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度陣。
[0040]基于單一氣動(dòng)網(wǎng)格系統(tǒng)的靜氣動(dòng)彈性CFD/CSD耦合計(jì)算需要翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處的柔度陣。本實(shí)施例中，運(yùn)用結(jié)構(gòu)分析獲得結(jié)構(gòu)點(diǎn)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(diǎn)一種實(shí)施例分布圖。
[0041]本發(fā)明采用面樣條方法，將結(jié)構(gòu)點(diǎn)處柔度陣分別插值到上下翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處，得到上翼面氣動(dòng)網(wǎng)格單元格心處柔度陣[CAU]、下翼面氣動(dòng)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(jì)算完成后，靜氣動(dòng)彈性CFD/CSD耦合迭代過程中直接使用。
[0043]針對(duì)步驟:計(jì)算上下翼面氣動(dòng)載荷單獨(dú)作用下的翼面結(jié)構(gòu)變形量。
[0044]本發(fā)明運(yùn)用柔度法，將翼面結(jié)構(gòu)變形分解為上翼面和下翼面氣