一种上下翼面变形叠加方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种计算流体力学领域的方法，具体讲涉及一种上下翼面变形叠加方法。
【背景技术】
[0002]气动弹性力学是研究气动力、弹性力和惯性力间相互作用的一门交叉学科。上个世纪90年代初，国内外开始致力于基于Euler/N-S方程的气动弹性CFD/CSD耦合迭代计算方法研究。目前，CFD/CSD耦合计算已较为广泛的应用于工程实际，但还存在一些技术难点和技术细节有待解决。静气动弹性问题忽略惯性力的影响，其CFD/CSD耦合计算采用定常气动力和结构变形交替迭代计算直至收敛的方法，而翼面静变形则通常采用柔度法计算。
[0003]传统流-固耦合计算的流体域和固体域分别采用不同网格系统，通过流-固耦合界面信息传递技术进行信息传递，在每个迭代步均需要进行界面信息传递。当把柔度阵从结构点插值到翼面气动网格点后，基于单一的气动网格系统开展静气动弹性CFD/CSD耦合计算，可以避免反复的流-固耦合界面信息传递环节，有效提高计算效率。根据柔度法，翼面气动网格单元格心处的结构变形等于气动网格系统中的柔度阵乘以相应的上下翼面单元气动力组成的力向量，因此要求上下翼面的气动网格在投影平面重合，实际应用中对于非对称翼面是难以实现的，增加了翼面网格分布难度并限制了静气动弹性CFD/CSD耦合计算的应用。
【发明内容】
[0004]为克服上述现有技术的不足，本发明针对传统柔度法静气动弹性计算要求上下翼面气动网格在投影平面重合的局限，提供一种上下翼面变形叠加方法，使得基于柔度法的静气动弹性CFD/CSD耦合计算适用于任意翼面网格分布情况。
[0005]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0006]—种上下翼面变形叠加方法，其改进之处在于:所述方法包括以下步骤:
[0007]确定获得上下翼面气动网格单元格心处柔度阵；
[0008]运用柔度法，将翼面结构变形分解为上翼面和下翼面气动载荷单独作用下所产生的变形量的叠加，获得上下翼面气动载荷单独作用下的翼面结构变形量；
[0009]根据翼面初始静态网格坐标，采用面样条方法获得上下翼面间变形插值矩阵，包括:上翼面格心到下翼面格心的变形量插值矩阵[T,J、下翼面格心到下翼面格点的插值矩阵[IYJ和下翼面格心到上翼面格点额插值矩阵[IYJ ;
[0010]根据上下翼面气动载荷单独作用下的翼面结构变形量和上下翼面变形插值矩阵，确定所述上下翼面变形叠加。
[0011]优选地，所述步骤:确定所述上下翼面气动网格单元格心处柔度针插值，包括:
[0012]运用结构分析获得结构点处的柔度阵；
[0013]采用面样条方法，将结构点处柔度阵分别插值到上下翼面气动网格单元格心处，获得上翼面气动网格单元格心处柔度阵[CAU]和下翼面气动网格单元格心处柔度阵[CAJ。
[0014]优选地，所述步骤:运用柔度法，将翼面结构变形分解为上翼面和下翼面气动载荷单独作用下所产生的变形量的叠加，获得计算上下翼面气动载荷单独作用下的翼面结构变形量；包括:
[0015]S201、运用CFD获得上翼面网格单元气动载荷{F,}和下翼面网格单元气动载荷
{FJ ;
[0016]S202、根据上下翼面气动网格单元格心处柔度阵，分别计算出下翼面气动载荷作用下的下翼面气动网格格心处变形量[CAJ {FJ和单独上翼面气动载荷作用下的上翼面变形量[CAU] {FJ ο
[0017]S203、根据柔度法，确定翼面气动网格单元格心处的结构变形量为:{ △ z} = [CA]{B} = [CA] {Fl+FJ = [CAL] {Fl} + [CaJ {FJ ;
[0018]其中，[CA]为气动网格单元格心处的柔度阵，{B}为上下翼面对应网格单元的气动力矢量，L、U分别表示下、上翼面，F为CFD计算得到的翼面网格单元气动载荷，[CAL] {FJ为只在下翼面气动载荷作用下下翼面网格单元格心处的变形，[CAU] {FJ为只在上翼面气动载荷作用下上翼面气动网格单元格心处的变形。
[0019]优选地，所述步骤:确定所述上下翼面变形叠加，包括:
[0020]S401、将上翼面单元格心处变形[CAU] {FJ插值至下翼面[I；J [CAU] {Fj，并与下翼面单元格心处变形[CAJ {FJ进行叠加，获得下翼面单元格心处真实变形[CAJ {FL} + [TJ[CAU] {FJ ;
[0021]S402、将下翼面单元格心处真实变形插值到下翼面格点处，获得下翼面格点真实变形[AzL] = [TLL] ([CAL] {FL} + [TJ [CAU] {FJ);
[0022]S403、将下翼面单元格心处真实变形插值到插值至上翼面格点处，获得上翼面格点处真实变形[AZu] = [TLU] ([CAL] {Fl} + [TJ [Cau] {FJ);
[0023]其中，[CA]为气动网格单元格心处的柔度阵，{B}为上下翼面对应网格单元的气动力矢量，下标L、U分别代表下、上翼面，F代表CFD计算得到的翼面网格单元气动载荷，[CAL]{FJ为只在下翼面气动载荷作用下下翼面网格单元格心处的变形，[CAU] {FJ为只在上翼面气动载荷作用下上翼面气动网格单元格心处的变形。
[0024]与最接近的现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0025]本发明提供的方法考虑上下翼面气动网格在投影平面上不重合情况，将上下翼面气动载荷单独作用下翼面变形在上下翼面间相互插值后才能叠加；突破了传统柔度法静气动弹性计算要求上下翼面气动网格在投影平面重合的局限，适用于任意翼面网格分布情况下静气动弹性CFD/CSD耦合计算，有效提高了应用范围。
【附图说明】
[0026]图1为本发明中翼面变形叠加技术计算流程图；
[0027]图2为本实施例中机翼表面网格图；
[0028]图3为本实施例投影平面机翼结构点分布图；
[0029]图4为本实施例投影平面翼面气动网格点分布图；
[0030]图5为本实施例机翼柔度法静气动弹性CFD/CSD耦合计算结果示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0032]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制，其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他改变。实施例仅代表可能的变化。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动的限制该应用的范围为任何单个发明或者发明构思。
[0033]如图1所示，图1为本发明的翼面变形叠加技术计算流程图；本发明针对传统柔度法静气动弹性CFD/CSD耦合计算时，要求上下翼面气动网格在投影平面重合的局限性，提供一种上下翼面变形叠加的方法，使得基于柔度法的静气动弹性CFD/CSD耦合计算适用于任意翼面网格分布情况。
[0034]该方法包括以下步骤:
[0035]确定获得上下翼面气动网格单元格心处柔度阵。
[0036]计算上下翼面气动载荷单独作用下的翼面结构变形量。
[0037]计算上下翼面间变形量插值矩阵。
[0038]翼面真实变形叠加计算。
[0039]针对步骤:确定获得上下翼面气动网格单元格心处柔度阵。
[0040]基于单一气动网格系统的静气动弹性CFD/CSD耦合计算需要翼面气动网格单元格心处的柔度阵。本实施例中，运用结构分析获得结构点处的柔度阵，获得如图3所示的投影平面(Χ0Υ)上机翼结构点一种实施例分布图。
[0041]本发明采用面样条方法，将结构点处柔度阵分别插值到上下翼面气动网格单元格心处，得到上翼面气动网格单元格心处柔度阵[CAU]、下翼面气动网格单元格心处柔度阵[CAL]。
[0042]柔度阵插值只与翼面初始静态网格相关，前处理计算完成后，静气动弹性CFD/CSD耦合迭代过程中直接使用。
[0043]针对步骤:计算上下翼面气动载荷单独作用下的翼面结构变形量。
[0044]本发明运用柔度法，将翼面结构变形分解为上翼面和下翼面气