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(2)网格变形技术
随着模型相对位置的变化,计算网格会按照设定的变形算法进行压缩或拉伸变形,以保证网格与模型边界的贴合。常用算法有弹簧法、弹性体方法Delau
ay图法和RBF网格变形方法等。此类方法多用于非结构网格,其缺点是当相对运动较大时,网格质量无法保证。
(3)网格重生技术
当模型相对位置发生变化时,网格依据新的模型重新生成,并通过插值将原网格的物理量传递给新的网格。此方法能保证求解过程中的网格质量,其缺点是频繁的插值运算会带来解的精度损失,且网格重生会耗时较长,影响效率5。
本文采用网格变形与局部重构相结合的动态网格方法:在单步小位移的情况下用Laplace6,7算法进行网格变形,当总的位移量逐渐增大至网格质量低于设定标准时,进行局部网格重新生成。采用这种动态网格方法可以计算一个或多个运动物体的轨迹。本文采用非结构网格、Euler方程、准定常的方法开展外挂投放数值求解,模拟了典型的多体分离标模(机翼外挂物分离),并与阿诺德工程发展复杂综合体(AFDC)风洞试验结果183进行了对比。
1轨迹计算方法
本文运用运动网格变形局部重构计算的动态网格求解方法,对机翼外挂物分离轨迹进行数值模拟。具体的计算过程如图1所示。
具体为:(1)首先利用非结构网格生成技术生成背景网格和分离部件子网格,并设置网格变形及轨迹计算相关参数(2)然后利用“挖洞”技术进行局部网格重构,生成背景网格与分离部件一体的初始计算网格,并计算定常流场作为初始流场(3)由于计算的流场力为定常气动力,需增加气动阻尼进行运动物体受力修正(4)求解六自由度方程,计算分离物体的下一位置和姿态(5)移动分离物体,进行网格变形,进行网格质量检查,若网格质量不能满足计算要求,则利用“挖洞”技术进行局部网格重构,生成新的网格(6)采用欧拉方程进行数值模拟,求取分离物体的受力分布(7)判断气动力是否收敛,如果未收敛则继续进行内迭代,如果收敛则进行下一步(8)重复(3)~(7)步,直至轨迹模拟求解结束。
2飞行力学模型
本文中使用到的飞行力学模型是建立在刚体六自由度运动基础上9,10,涉及到的运动方程如下所示:
LCωICω×(ωIC)
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Ωω(4)式中:F为运动物体上的合力m为指运动物体的质量rC(t)和rC(t)为指速度及质心的位置LC为运动物体上相对于物体质心的合力矩ω为角速度IC相对于运动物体质心的惯性张量t为当前时间步t0为上一个时间步Ω为旋转角r