基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法、系统及介质，该热强度计算方法包括：根据燃气舵的外型面建立流体有限元模型和结构有限元模型，流体有限元模型和结构有限元模型的外轮廓保持一致；获取流体有限元模型的三维绕流温度场数据；利用反距离加权法根据三维绕流温度场数据插值计算得到结构有限元模型的三维时变温度场数据；基于结构有限元模型和对应的三维时变温度场数据进行热强度计算以得到燃气舵的热强度计算结果。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中热强度计算方法无法较好地还原真实时变温度环境导致热强度计算结果准确度较低的技术问题。热强度计算结果准确度较低的技术问题。热强度计算结果准确度较低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及燃气舵热强度计算
，尤其涉及一种基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]燃气舵是一种始终浸没于发动机燃气喷流中的翼，它由翼面间存在的压力差形成力或力矩，目前广泛应用于飞行器的推力矢量控制中。燃气舵整个工作过程均伴随着高温、高压燃气的作用，热量以热传导的方式向固体域即舵面结构内部传导，使结构内部温度显著升高。舵面结构除了承受温差产生的热应力外，还要承受数十倍标准大气压的燃气压力作用，极易导致结构强度不足，产生变形和破坏。
[0003]燃气舵绕流温度场数据是传热和热强度计算的边界条件，绕流温度场到结构模型的映射精度决定了热强度计算的精度。传统温度场映射通常采用线性插值方法，该方法光滑性差、插值精度低，不能刻画燃气舵绕流温度场这种复杂的温度场情况，此外，传统热强度计算通常仅挑选典型时刻进行分析，数据连续性差，无法还原真实的时变温度环境。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题之一，本专利技术提供了一种基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法、系统及介质。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法，热强度计算方法包括：
[0006]S100，根据燃气舵的外型面建立流体有限元模型和结构有限元模型，流体有限元模型和结构有限元模型的外轮廓保持一致；
[0007]S200，获取流体有限元模型的三维绕流温度场数据，三维绕流温度场数据包括时刻点、流体有限元模型的网格节点坐标和温度三个维度；
[0008]S300，利用反距离加权法根据三维绕流温度场数据插值计算得到结构有限元模型的三维时变温度场数据，三维时变温度场数据包括时刻点、结构有限元模型的网格节点坐标和温度三个维度；
[0009]S400，基于结构有限元模型和对应的三维时变温度场数据进行热强度计算以得到燃气舵的热强度计算结果。
[0010]进一步地，S300包括：
[0011]S310，利用反距离加权法根据当前时刻点下流体有限元模型的所有网格节点的温度插值计算得到当前时刻点下结构有限元模型的所有网格节点的温度；
[0012]S320，重复S310以得到结构有限元模型的所有网格节点在所有时刻点下的温度。
[0013]进一步地，S310包括：
[0014]S311，计算结构有限元模型的当前网格节点与流体有限元模型的所有网格节点之间的距离；
[0015]S312，根据S311得到的距离利用反距离加权法插值计算得到当前时刻点下结构有限元模型的当前网格节点的温度；
[0016]S313，重复S311和S312以得到当前时刻点下结构有限元模型的所有网格节点的温度。
[0017]进一步地，通过以下公式计算结构有限元模型的当前网格节点与流体有限元模型的所有网格节点之间的距离：
[0018][0019]上式中，D
i
表示结构有限元模型的当前第j个网格节点与流体有限元模型的第i个网格节点之间的距离，x
j
、y
j
和z
j
表示结构有限元模型的当前第j个网格节点的x轴、y轴和z轴坐标，x
i
、y
i
和z
i
表示流体有限元模型的第i个网格节点的x轴、y轴和z轴坐标。
[0020]进一步地，通过以下公式根据S311得到的距离利用反距离加权法插值计算得到当前时刻点下结构有限元模型的当前网格节点的温度：
[0021][0022]上式中，表示当前时刻点下结构有限元模型的当前第j个网格节点的温度，表示表示当前时刻点下流体有限元模型的第i个网格节点的温度，ω
si
表示流体有限元模型的第i个网格节点的温度对应的权函数，n表示流体有限元模型的网格节点的数量，E表示反距离加权指数。
[0023]进一步地，S400包括：
[0024]S410，基于结构有限元模型和对应的三维时变温度场数据以预设时间步长进行热传导计算以得到燃气舵的热传导结果；
[0025]S420，将热传导结果作为预定义温度场输入并确定预定义温度场的初始环境温度；
[0026]S430，基于结构有限元模型根据预定义温度场和力载荷进行热强度计算以得到燃气舵的热强度计算结果。
[0027]进一步地，预设时间步长满足以下条件：
[0028][0029]上式中，Δt表示预设时间步长，ρ表示燃气舵的材料密度，c表示燃气舵的材料比热容，κ表示燃气舵的材料热传导率，Δl表示结构有限元模型的最小网格单元的边长。
[0030]进一步地，结构有限元模型的网格密度是流体有限元模型的网格密度的2～3倍，反距离加权指数E的取值范围为2～5。
[0031]根据本专利技术的另一方面，提供了一种基于三维时变插值的燃气舵热强度计算系统，热强度计算系统包括：
[0032]建模模块，用于根据燃气舵的外型面建立流体有限元模型和结构有限元模型，流体有限元模型和结构有限元模型的外轮廓保持一致；
[0033]绕流温度场数据模块，用于获取流体有限元模型的三维绕流温度场数据，三维绕流温度场数据包括时刻点、流体有限元模型的网格节点坐标和温度三个维度；
[0034]三维时变温度场数据模块，用于利用反距离加权法根据三维绕流温度场数据插值计算得到结构有限元模型的三维时变温度场数据，三维时变温度场数据包括时刻点、结构有限元模型的网格节点坐标和温度三个维度；
[0035]热强度计算模块，用于基于结构有限元模型和对应的三维时变温度场数据进行热强度计算以得到燃气舵的热强度计算结果。
[0036]根据本专利技术的再一方面，提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现本专利技术前述提出的方法的步骤。
[0037]应用本专利技术的技术方案，提供了一种基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法、系统及介质，该方法通过根据燃气舵的外型面建立外轮廓一致的流体有限元模型和结构有限元模型，获取流体有限元模型的三维绕流温度场数据，利用反距离加权法实现三维绕流温度场数据到结构有限元模型上的映射，能够得到结构有限元模型的三维时变温度场数据，该三维时变温度场数据插值精度高，时变温度数据连续性好，能够较为真实地还原燃气舵在实际工况下的时变温度环境，基于该三维时变温度场数据计算得到的燃气舵热强度计算结果准确度得到大幅提升，对于工程应用具有重要的意义。
附图说明
[0038]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1示出了根据本专利技术的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维时变插值的燃气舵热强度计算方法，其特征在于，所述热强度计算方法包括：S100，根据燃气舵的外型面建立流体有限元模型和结构有限元模型，所述流体有限元模型和所述结构有限元模型的外轮廓保持一致；S200，获取所述流体有限元模型的三维绕流温度场数据，所述三维绕流温度场数据包括时刻点、所述流体有限元模型的网格节点坐标和温度三个维度；S300，利用反距离加权法根据所述三维绕流温度场数据插值计算得到所述结构有限元模型的三维时变温度场数据，所述三维时变温度场数据包括时刻点、所述结构有限元模型的网格节点坐标和温度三个维度；S400，基于所述结构有限元模型和对应的三维时变温度场数据进行热强度计算以得到所述燃气舵的热强度计算结果。2.根据权利要求1所述的热强度计算方法，其特征在于，S300包括：S310，利用反距离加权法根据当前时刻点下所述流体有限元模型的所有网格节点的温度插值计算得到当前时刻点下所述结构有限元模型的所有网格节点的温度；S320，重复S310以得到所述结构有限元模型的所有网格节点在所有时刻点下的温度。3.根据权利要求2所述的热强度计算方法，其特征在于，S310包括：S311，计算所述结构有限元模型的当前网格节点与所述流体有限元模型的所有网格节点之间的距离；S312，根据S311得到的距离利用反距离加权法插值计算得到当前时刻点下所述结构有限元模型的当前网格节点的温度；S313，重复S311和S312以得到当前时刻点下所述结构有限元模型的所有网格节点的温度。4.根据权利要求3所述的热强度计算方法，其特征在于，通过以下公式计算所述结构有限元模型的当前网格节点与所述流体有限元模型的所有网格节点之间的距离：上式中，D
i
表示所述结构有限元模型的当前第j个网格节点与所述流体有限元模型的第i个网格节点之间的距离，x
j
、y
j
和z
j
表示所述结构有限元模型的当前第j个网格节点的x轴、y轴和z轴坐标，x
i
、y
i
和z
i
表示所述流体有限元模型的第i个网格节点的x轴、y轴和z轴坐标。5.根据权利要求4所述的热强度计算方法，其特征在于，通过以下公式根据S311得到的距离利用反距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛迎浩，曹杰，许云涛，王亚东，杨晓光，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：