【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于飛行器氣動計算，具體涉及一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法和裝置。
技術介紹
1、高超聲速飛行器普遍采用輕質材料和大型薄壁結構設計，氣動布局通常以細長形狀和升力體布局為設計基礎，完全或部分乘波體分布；此種結構設計雖然可以大幅減輕飛行器的重量，但同時也會使得飛行器構件的固有頻率降低，彈性模態與剛體模態的耦合問題將會更為顯著。高超聲速飛行器在長時間巡航時，將要承受劇烈的氣動熱效應。氣動熱效應會導致結構材料性能下降，并生成附加熱應力，導致結構剛度進一步下降，影響飛行器穩定性，這種熱氣動彈性問題給飛行安全帶來隱患。
2、在對飛行器開展熱氣動彈性穩定性分析時，首先要獲得靜熱氣動彈性平衡狀態，由于熱輻射效應的非線性特征強，使得采用計算流體力學/結構動力學/結構傳熱進行耦合分析時極易出現數值發散或非物理解，大大增加了該問題的求解難度。在進行靜熱氣動彈性平衡點求解時，如果各物理場均按定常(靜態)計算，極易因選用的初始壁溫不得當等因素，導致結構計算得到的氣動熱流過大；將此熱流插值到流場中進行穩態計算時，會出現非物理解或無法收斂的問題，造成求解失敗。當考慮攻角以及輻射換熱因素時，這類問題尤為突出。同時由于結構傳熱的時間特征尺度(秒量級)遠大于變形的時間尺度(毫秒量級)，若以結構變形時間尺度為步長進行多物理場耦合仿真，達到熱平衡(數百秒)需要極高的時間步個數，使得計算量大大增加。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就在于提供一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法和裝
2、本專利技術通過以下技術方案來實現上述目的：
3、第一方面，本專利技術提供了一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，應用于飛行器爬升或巡航或著陸場景下，方法包括：
4、s1、基于定常流場與結構靜力有限元耦合分析確定飛行器中目標構件不考慮熱效應的靜平衡狀態，并輸出靜氣動彈性結果；
5、s2、對目標構件在靜平衡狀態下流場進行劃分得到包含流體和固體區域的計算網格，進行考慮熱效應在內的共軛傳熱分析，得到目標構件滿足熱平衡的結構溫度場，并輸出共軛傳熱結果；
6、s3、將目標構件靜氣動彈性結果和共軛傳熱結果作為初始條件，通過非定常流場、瞬態結構傳熱和移除時間效應的結構動力學耦合求解，結合結構傳熱特征時間推進，確定目標構件靜熱氣動彈性數值平衡點。
7、進一步改進在于，步驟s3包括：
8、s31、將所述結構溫度場的結果插值到預先構建的結構有限元模型中，采用非定常n-s方程求解外流場，獲得流場網格耦合邊界節點上的熱流分布和氣動力分布；
9、s32、將邊界的所述熱流分布和氣動力分布結果插值到結構有限元網格節點，進行移除時間效應的結構動力學求解獲得新的結構位移，通過結構瞬態傳熱求解獲得新的結構溫度場；
10、s33、將結構位移和結構溫度場的結果插值到流場網格耦合邊界節點，采用自適應時間步長，并向前推進一個時間步；
11、s34、重復s31-s33，當前后兩個時刻的結構位移和結構溫度場收斂時，此時得到的結構位移和結構溫度場即為靜熱氣動彈性平衡狀態。
12、進一步改進在于，步驟s32中，所述將邊界的所述熱流分布和氣動力分布結果插值到結構有限元網格節點中：
13、氣動熱采用守恒型通量插值，其值在耦合邊界上滿足局部守恒和整體守恒：其中局部守恒具體為對每個網格單元都滿足守恒條件，整體守恒為對整個計算域滿足守恒條件。
14、進一步改進在于，步驟s33中，結構位移和結構溫度場采用徑向基函數進行插值。
15、第二方面，本專利技術提供了一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析裝置，應用于執行以上任一項所述分析方法，裝置包括：
16、靜氣動彈性確定模塊，用于基于定常流場與結構靜力有限元耦合分析確定飛行器中目標構件不考慮熱效應的靜平衡狀態，并輸出靜氣動彈性結果；
17、共軛傳熱分析模塊，用于對目標構件在靜平衡狀態下流場進行劃分得到包含流體和固體區域的計算網格，進行考慮熱效應在內的共軛傳熱分析，得到目標構件滿足熱平衡的結構溫度場，并輸出共軛傳熱結果；
18、靜熱氣動彈性輸出模塊，用于將目標構件靜氣動彈性結果和共軛傳熱結果作為初始條件，通過非定常流場、瞬態結構傳熱和移除時間效應的結構動力學耦合求解，結合結構傳熱特征時間推進，確定目標構件靜熱氣動彈性數值平衡點。
19、本專利技術的有益效果在于：
20、本專利技術通過進行不含熱效應的靜氣動彈性平衡點求解、共軛傳熱計算，獲得接近平衡狀態的流場、結構變形和溫度狀態，以此為初始條件進行熱氣動彈性分析，可避免出現非物理解，有效提高其數值穩定性。另外，由于結構傳熱的時間尺度通常要遠大于結構的彈性變形的時間尺度，為了提高計算效率，在求解過程中忽略結構變形速度和加速度效應，進行移除時間效應的結構動力學求解，時間步長取結構傳熱的特征時間尺度，有效提高計算效率。
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1.一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，其特征在于，應用于飛行器爬升或巡航或著陸場景下，方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，其特征在于：步驟S3包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，其特征在于：步驟S32中，所述將邊界的所述熱流分布和氣動力分布結果插值到結構有限元網格節點中：
4.根據權利要求3所述的一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，其特征在于：步驟S33中，結構位移和結構溫度場采用徑向基函數進行插值。
5.一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析裝置，其特征在于，應用于執行權利要求1-4任一項所述分析方法，裝置包括：
【技術特征摘要】
1.一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，其特征在于，應用于飛行器爬升或巡航或著陸場景下，方法包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，其特征在于：步驟s3包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于多物理場耦合的靜熱氣動彈性分析方法，其特征在于：步驟s32中，所述將邊界的所...
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