本發(fā)明屬于計算流體力學(cfd)，特別涉及一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法。

背景技術(shù)：

1、反作用控制系統(tǒng)(rcs)是一種利用發(fā)動機噴流產(chǎn)生反作用力，從而快速改變飛行器運動姿態(tài)或軌道的直接力控制系統(tǒng)，其作用在于補充氣動舵面效率不足和快速改變飛行狀態(tài)，具有廣闊的工程應用前景。rcs噴流進入超/高超聲速外流時將產(chǎn)生相互作用，形成包含邊界層分離與再附、激波、膨脹波、馬赫盤、剪切層等多種流動現(xiàn)象的復雜的激波/邊界層干擾流場，產(chǎn)生隨噴流參數(shù)、飛行條件、布局形式等強非線性變化的氣動力/熱干擾。

2、數(shù)值網(wǎng)格生成技術(shù)是隨cfd發(fā)展而產(chǎn)生的一門學科，網(wǎng)格一般可以分成三類，即直角網(wǎng)格、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。工程應用中，要求盡可能準確模擬這種復雜干擾流場，并提取因干擾產(chǎn)生的氣動力/熱變化量作為控制系統(tǒng)設(shè)計的輸入，保證設(shè)計精度。因此，對于噴流干擾流場一般采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進行模擬，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格具有貼體性，可以精確、高效的模擬邊界層、間斷等，計算精度高。然而結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對復雜幾何構(gòu)型的適應能力較差，網(wǎng)格生成難度大、耗時長，大大限制了計算效率。

3、對于大長細比旋成體模型而言，在外流高動壓/高靜壓/大攻角作用下，會產(chǎn)生彈性形變，這種形變會引起模型表面的氣動載荷發(fā)生變化，影響氣動力的精確預估。這種彈性形變隨外流參數(shù)變化而變化，傳統(tǒng)的網(wǎng)格生成手段需要耗費大量人力時間逐個進行，難以滿足工程需求，因此亟需建立一種基于無彈性剛體模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、快速生成給定中軸線輪廓的高次樣條曲線的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的處理手段。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明人進行了銳意研究，提供了一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，以原始剛體模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格為基準，通過坐標轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)給定中軸線輪廓的高次樣條曲線的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成，最大程度保證轉(zhuǎn)換前后的網(wǎng)格質(zhì)量、網(wǎng)格數(shù)量和網(wǎng)格拓撲的一致性，可極大節(jié)約人工生成網(wǎng)格時間。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，包括：

4、構(gòu)建剛體模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，獲得剛體模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中網(wǎng)格點的三維坐標；

5、建立三維坐標系，將彈性變形模型的中軸線方向設(shè)為x軸，將法向方向設(shè)為y軸，彈性變形模型沿y軸變形，根據(jù)右手定則確定z軸；

6、根據(jù)彈性變形模型中軸線的軸向位置、法向變形量，用高次多項式進行逼近，擬合中軸線，確定高次樣條曲線方程的最高次冪和自變量系數(shù)，得到最符合中軸線輪廓的高次樣條曲線方程；

7、根據(jù)中軸線輪廓的高次樣條曲線方程，構(gòu)建剛體模型網(wǎng)格點坐標與彈性變形模型網(wǎng)格點坐標的三維坐標映射關(guān)系，滿足軸向坐標不變，法向坐標根據(jù)中軸線的高次樣條曲線方程轉(zhuǎn)換，z軸坐標不變；

8、將剛體模型網(wǎng)格點按三維坐標映射關(guān)系進行坐標轉(zhuǎn)換，確定彈性變形模型網(wǎng)格點的三維坐標，得到彈性變形模型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

9、第二方面，一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成裝置，包括：

10、一個或多個處理器；

11、存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，

12、當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行，使得所述一個或多個處理器實施第一方面所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法。

13、第三方面，一種可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實施第一方面所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法。

14、第四方面，一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品包括：計算機程序(也可以稱為代碼，或指令)，當所述計算機程序被運行時，執(zhí)行第一方面所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，具有以下有益效果：

16、(1)本發(fā)明提供的一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，基于旋成體模型中軸線的法向變形量—軸向位置的高次樣條曲線方程，建立無彈性剛體模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格點坐標和彈性變形模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格點坐標的映射關(guān)系，實現(xiàn)基于原始無彈性模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格到給定中軸線曲線的彈性變形模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成；適用于已知旋成體外形中軸線樣條曲線方程時的彈性模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的程序生成，無需人工生成網(wǎng)格，可極大提升效率。

17、(2)本發(fā)明提供的一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，只需要給定中軸線的樣條曲線方程，調(diào)整高次樣條曲線方程的系數(shù)和次數(shù)，使其盡量貼合中軸線的幾何輪廓，即可實現(xiàn)不同飛行參數(shù)(馬赫數(shù)、高度、攻角)下的彈性變形模型網(wǎng)格生成，處理速度快，實現(xiàn)較為簡單。

技術(shù)特征：

1.一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述高次樣條曲線方程為：f(x)＝a+b·x+…+n·xn，n≤6；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述將剛體模型網(wǎng)格點按三維坐標映射關(guān)系進行坐標轉(zhuǎn)換的步驟中，包括：對于網(wǎng)格點的軸向位置在模型范圍內(nèi)的部分，法向網(wǎng)格點以模型的法向變形量為基準轉(zhuǎn)換，軸向、側(cè)向不變，轉(zhuǎn)換前后的網(wǎng)格點三維坐標滿足映射關(guān)系如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，其特征在于，所述將剛體模型網(wǎng)格點按三維坐標映射關(guān)系進行坐標轉(zhuǎn)換的步驟中，包括：對于網(wǎng)格點在軸向超出模型范圍的部分，法向網(wǎng)格點以模型末端點的法向變形量為基準轉(zhuǎn)換，軸向、側(cè)向不變，轉(zhuǎn)換前后的網(wǎng)格點三維坐標滿足映射關(guān)系如下：

5.一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成裝置，其特征在于，包括：

6.一種可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實施權(quán)利要求1至4之一所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法。

7.一種計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，所述計算機程序產(chǎn)品包括：計算機程序，當所述計算機程序被運行時，執(zhí)行權(quán)利要求1至4之一所述的用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于旋成體模型的彈性變形結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法，包括：構(gòu)建剛體模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，獲得剛體模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中網(wǎng)格點的三維坐標；根據(jù)彈性變形模型中軸線的軸向位置、法向變形量，擬合得到最符合中軸線輪廓的高次樣條曲線方程；根據(jù)中軸線輪廓的高次樣條曲線方程，構(gòu)建剛體模型網(wǎng)格點坐標與彈性變形模型網(wǎng)格點坐標的三維坐標映射關(guān)系；將剛體模型網(wǎng)格點按三維坐標映射關(guān)系進行坐標轉(zhuǎn)換，確定彈性變形模型網(wǎng)格點的三維坐標，得到彈性變形模型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法可適用于已知旋成體外形中軸線樣條曲線方程時的彈性模型的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的程序生成，無需人工生成網(wǎng)格，可極大提升效率。

技術(shù)研發(fā)人員：陳進,柳煜瑋,王鋅晨,劉耀峰
受保護的技術(shù)使用者：中國航天空氣動力技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22