用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的方法和裝置。所述方法包括：步驟S1.對(duì)無粘Euler方程采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD方法獲得所述飛行器高超聲速的表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)，其中，所述表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)包括：表面的壓力、表面的絕熱溫度和表面的速度；步驟S2.獲取所述飛行器高超聲速的表面的所有表面單元的雷諾數(shù)；步驟S3.根據(jù)所述表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)和所述表面的所有表面單元的雷諾數(shù)得到所述飛行器高超聲速的粘性力。所述裝置包括：獲得裝置、獲取裝置和得到裝置。本發(fā)明通過上述技術(shù)方案提高了工程初期設(shè)計(jì)中飛行器高超聲速粘性力的計(jì)算效率和計(jì)算精度，降低了工程使用成本。
【專利說明】用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空氣動(dòng)力學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的大幅提高和CFD (Computational Fluid Dynamics,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))方法的日趨完善，基于無粘Euler方程的CFD方法已經(jīng)能夠精確、迅速地完成無粘流場(chǎng)特性的計(jì)算。而基于粘性的完全Navier-Stokes方程CFD方法獲得更高精度和粘性底層流動(dòng)特性仍然需要付出很大的代價(jià):繁雜的高質(zhì)量網(wǎng)格生成、流場(chǎng)完全收斂的極大耗時(shí)等。因此在復(fù)雜飛行器外形初期選型設(shè)計(jì)中，流場(chǎng)特性的預(yù)測(cè)主要還是采用高效率并具有良好精度的無粘Euler方程CFD方法，而粘性力部分通常采用與無粘流場(chǎng)結(jié)果完全獨(dú)立的工程經(jīng)驗(yàn)修正方法計(jì)算，如等效平板層流Blassius近似方法和瑞流Van Driest II方法等。這些方法計(jì)算效率高，工程應(yīng)用于一定馬赫數(shù)和雷諾數(shù)范圍內(nèi)具有較好的預(yù)測(cè)能力和準(zhǔn)度，但是對(duì)于高超聲速粘性流動(dòng)的預(yù)測(cè)精度很差。國外在高超聲速飛行設(shè)計(jì)中已經(jīng)發(fā)展了參考溫度法來進(jìn)行粘性力的計(jì)算，但仍然以自由來流條件作為粘性層外的無粘流動(dòng)參數(shù)，沒有考慮復(fù)雜高超聲速繞流對(duì)粘性層外緣流動(dòng)參數(shù)的影響，因此準(zhǔn)確性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的方法和裝置。所述技術(shù)方案如下:
[0004]一方面，提供了 一種用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的方法，所述方法包括:
[0005]步驟SI，對(duì)無粘Euler方程采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD方法獲得所述飛行器高超聲速的表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)，其中，所述表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)包括:表面的壓力、表面的絕熱溫度和表面的速度；
[0006]步驟S2，獲取所述飛行器高超聲速的表面的所有表面單元的雷諾數(shù)；
[0007]步驟S3，根據(jù)所述表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)和所述表面的所有表面單元的雷諾數(shù)得到所述飛行器高超聲速的粘性力。
[0008]在如上所述的方法中，優(yōu)選，，所述步驟S2具體包括:
[0009]步驟S20，選取所述飛行器高超聲速的表面單元，根據(jù)經(jīng)過所述表面單元的表面流線得到所述表面單元與所述表面流線的出發(fā)點(diǎn)之間的流線長(zhǎng)度；
[0010]步驟S21，根據(jù)所述表面單元的絕熱溫度、所述表面單元的速度和所述飛行器高超聲速的表面溫度得到粘性邊界層內(nèi)的參考溫度；
[0011]步驟S22，根據(jù)所述粘性邊界層內(nèi)的參考溫度得到所述粘性邊界層內(nèi)的粘性系數(shù)；
[0012]步驟S23，根據(jù)所述表面單元的壓力和所述粘性邊界層內(nèi)的參考溫度得到所述粘性邊界層內(nèi)的密度；
[0013]步驟S24，根據(jù)所述粘性邊界層內(nèi)的密度、粘性系數(shù)、所述表面單元的速度、所述流線長(zhǎng)度得到所述表面單元的雷諾數(shù)；
[0014]循環(huán)執(zhí)行步驟S21、步驟S22、步驟S23和步驟S24，得到所述飛行器高超聲速的表面的所有表面單元的雷諾數(shù)。
[0015]在如上所述的方法中，優(yōu)選，所述步驟S20中的經(jīng)過所述表面單元的表面流線和所述表面流線的出發(fā)點(diǎn)均可由所述表面單元在空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和所述表面單元的速度根據(jù)流線定義采用四階顯示龍格庫塔方法求得。
[0016]在如上所述的方法中，優(yōu)選，所述步驟S21具體包括:
[0017]根據(jù)
【權(quán)利要求】
1.一種用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟SI，對(duì)無粘Euler方程采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD方法獲得所述飛行器高超聲速的表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)，其中，所述表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)包括:表面的壓力、表面的絕熱溫度和表面的速度； 步驟S2，獲取所述飛行器高超聲速的表面的所有表面單元的雷諾數(shù)； 步驟S3，根據(jù)所述表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)和所述表面的所有表面單元的雷諾數(shù)得到所述飛行器高超聲速的粘性力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括: 步驟S20，選取所述飛行器高超聲速的表面單元，根據(jù)經(jīng)過所述表面單元的表面流線得到所述表面單元與所述表面流線的出發(fā)點(diǎn)之間的流線長(zhǎng)度； 步驟S21，根據(jù)所述表面單元的絕熱溫度、所述表面單元的速度和所述飛行器高超聲速的實(shí)際表面溫度得到粘性邊界層內(nèi)的參考溫度； 步驟S22，根據(jù)所述粘性邊界層內(nèi)的參考溫度得到所述粘性邊界層內(nèi)的粘性系數(shù)； 步驟S23，根據(jù)所述表面單元的壓力和所述粘性邊界層內(nèi)的參考溫度得到所述粘性邊界層內(nèi)的密度； 步驟S24，根據(jù)所述粘性邊界層內(nèi)的密度、粘性系數(shù)、所述表面單元的速度、所述流線長(zhǎng)度得到所述表面單元的雷諾數(shù)； 循環(huán)執(zhí)行步驟S21、步驟S22、步驟S23和步驟S24，得到所述飛行器高超聲速的表面的所有表面單元的雷諾數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S20中的經(jīng)過所述表面單元的表面流線和所述表面流線的出發(fā)點(diǎn)均可由所述表面單元在空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和所述表面單元的速度根據(jù)流線定義采用四階顯示龍格庫塔方法求得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于， 所述步驟S21具體包括: 根據(jù)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括: 步驟S31，根據(jù)所述表面單元的雷諾數(shù)得到所述表面單元的粘性摩擦力系數(shù)； 步驟S32，根據(jù)所述表面單元的粘性摩擦力系數(shù)、所述表面單元的速度、所述粘性邊界層內(nèi)的密度和所述表面單元的面積得到所述表面單元的粘性力； 循環(huán)執(zhí)行步驟S31和步驟S32，并將飛行器表面的所有表面單元的粘性力進(jìn)行求和，得到所述飛行器高超聲速的粘性力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， 所述步驟S31具體包括: 如果所述表面單元的雷諾數(shù)小于等于轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)，則所述表面單元的粘性摩擦力系數(shù)
7.一種用于快速計(jì)算飛行器高超聲速粘性力的裝置，其特征在于，所述裝置包括: 獲得裝置，用于對(duì)無粘Euler方程采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD方法獲得所述飛行器高超聲速的表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)，其中，所述表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)包括:表面的壓力、表面的絕熱溫度和表面的速度； 獲取裝置，用于獲取所述飛行器高超聲速的表面的所有表面單元的雷諾數(shù)； 得到裝置，用于根據(jù)所述獲得裝置獲得的表面無粘流場(chǎng)物理參數(shù)和所述獲取裝置獲取的所述表面的所有表面單元的雷諾數(shù)得到所述飛行器高超聲速的粘性力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述獲取裝置包括: 第一獲取單元，用于選取所述飛行器高超聲速的表面單元，根據(jù)經(jīng)過所述表面單元的表面流線得到所述表面單元與所述表面流線的出發(fā)點(diǎn)之間的流線長(zhǎng)度； 第二獲取單元，用于根據(jù)所述表面單元的絕熱溫度、所述表面單元的速度和所述飛行器高超聲速的實(shí)際表面溫度得到粘性邊界層內(nèi)的參考溫度； 第三獲取單元，用于根據(jù)所述粘性邊界層內(nèi)的參考溫度得到所述粘性邊界層內(nèi)的粘性系數(shù)； 第四獲取單元，用于根據(jù)所述表面單元的壓力和所述第二獲取單元獲取的參考溫度得到所述粘性邊界層內(nèi)的密度； 第五獲取單元，用于根據(jù)所述第四獲取單元獲取的密度、所述第三獲取單元獲取的粘性系數(shù)、所述表面單元的速度、所述第一獲取單元獲取的流線長(zhǎng)度得到所述表面單元的雷諾數(shù)； 獲取循環(huán)單元，用于使所述第一獲取單元、所述第二獲取單元、所述第三獲取單元、所述第四獲取單元和所述第五獲取單元循環(huán)運(yùn)行，得到所述飛行器高超聲速的表面的所有表面單元的雷諾數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于， 所述第二獲取單元具體用于根據(jù)
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述得到裝置包括: 第一得到單元，用于根據(jù)所述獲取裝置獲取的所述表面單元的雷諾數(shù)得到所述表面單元的粘性摩擦力系數(shù) 第二得到單元，用于根據(jù)所述第一得到單元得到的粘性摩擦力系數(shù)、所述表面單元的速度、所述粘性邊界層內(nèi)的密度和所述表面單元的面積得到所述表面單元的粘性力； 得到循環(huán)單元，用于使所述第一得到單元和所述第二得到單元循環(huán)運(yùn)行，并將飛行器表面的所有表面單元的粘性力進(jìn)行求和，得到所述飛行器高超聲速的粘性力。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103617338SQ201310718622
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】龔安龍, 紀(jì)楚群, 劉周 申請(qǐng)人:中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院