一种飞行器跨流域流场的预测方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本申请公开了一种飞行器跨流域流场的预测方法、装置、设备及介质，涉及极高马赫数飞行器跨流域流场模拟的技术领域，包括：确定与目标飞行器对应的物理空间网格，设置初始来流条件；基于初始来流条件分别生成初始速度空间网格以及确定物理空间网格中网格单元的分布函数初始值；将分布函数初始值作为第一初始迭代参数，基于物理空间网格和初始速度空间网格展开多次迭代直到满足预设迭代步数得到目标速度空间网格和网格单元的当前分布函数；将当前分布函数的值作为第二初始迭代参数，基于物理空间网格和目标速度空间网格展开多次迭代直到收敛，得到目标飞行器的跨流域流场变量和物理空间网格中网格单元的目标分布函数。实现了跨流域流场的精确预测。跨流域流场的精确预测。跨流域流场的精确预测。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器跨流域流场的预测方法、装置、设备及介质


[0001]本专利技术涉及极高马赫数飞行器跨流域流场模拟的
，特别涉及一种飞行器跨流域流场的预测方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]载人飞船等高超声速飞行器在再入过程中，周围的大气密度、压力很低，连续性假设不再成立。要想准确模拟这一过程中飞行器的气动力热特性，需要采用DSMC（Direct simulation Monte Carlo，即直接模拟蒙特卡洛）或者玻尔兹曼模型方程类型的方法。统一气体动理学方法是一种玻尔兹曼模型方程类型方法。该方法基于玻尔兹曼模型方程的积分解，在求解界面分布函数通量过程中将分子运动与碰撞过程耦合处理，方法推进时间步长不受分子间平均碰撞时间的约束，物理空间网格也不受分子自由程的约束，是一种多尺度的方法。适用于高超声速飞行器再入气动力热特性的准确预测。
[0003]然而，高超声速飞行器再入过程中，飞行速度很高，马赫数往往可达20
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30。飞行器周围空气在极短的距离内从极高速变化到壁面附近接近于0（一般情况下存在滑移效应，壁面上速度不为0），温度从来流的约200K变化到类激波结构内的上万K再到壁面上的几百K（等温壁情形），流场中存在很大的温度、速度梯度。反映在介观分布函数上，就是分布函数形态变化很剧烈，给基于求解分布函数在物理空间、速度空间分布的统一气体动理学模拟带来了很大的困难，经常出现计算中途发散，无法得到合理准确结果的现象。
[0004]综上，如何提高统一气体动理学方法在模拟极高马赫数跨流域流动中的鲁棒性，以实现飞行器跨流域流场的精确预测是目前有待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种飞行器跨流域流场的预测方法、装置、设备及介质，能够提高统一气体动理学方法在模拟极高马赫数跨流域流动中的鲁棒性，以实现飞行器跨流域流场的精确预测。其具体方案如下：第一方面，本申请公开了一种飞行器跨流域流场的预测方法，包括：确定与目标飞行器对应的物理空间网格，并设置初始来流条件；基于所述初始来流条件生成初始速度空间网格，并基于所述初始来流条件确定所述物理空间网格中网格单元的分布函数初始值；将所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格和所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数；将所述当前分布函数的值作为第二初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述目标速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设收敛条件，以得到所述目标飞行器的跨流域流场变量和所述物理空间网格中网格单元的目标分布函数。
[0006]可选的，所述设置初始来流条件，包括：
设置初始来流马赫数、初始来流压力、初始来流温度和初始来流速度矢量；相应的，所述基于所述初始来流条件生成初始速度空间网格，包括：基于所述初始来流速度矢量生成初始速度空间网格。
[0007]可选的，所述基于所述初始来流条件确定所述物理空间网格中网格单元的分布函数初始值，包括：确定平衡态分布函数，并将所述初始来流条件作为所述平衡态分布函数的输入参数，以得到物理空间网格中网格单元的分布函数初始值。
[0008]可选的，所述将所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格和所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数，包括：将所述平衡态分布函数确定为来流边界分布函数，并将所述来流边界函数的初始值和所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数；其中，在第一个迭代步中，所述来流边界分布函数的初始值与所述分布函数初始值相同；基于所述物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格、所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数和目标来流边界分布函数。
[0009]可选的，所述将所述当前分布函数的值作为第二初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述目标速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设收敛条件，以得到所述目标飞行器的跨流域流场变量和所述物理空间网格中网格单元的目标分布函数，包括：在保持所述目标速度空间网格和所述目标来流边界分布函数不变的情况下，将所述当前分布函数作为第二初始迭代参数，基于所述物理空间网格和所述目标速度空间网格展开多次迭代，直到残差值小于预设阈值，以得到所述目标飞行器的跨流域流场变量和所述物理空间网格中网格单元的目标分布函数。
[0010]可选的，所述确定与目标飞行器对应的物理空间网格，包括：根据目标飞行器的外形形状和尺寸大小构建飞行器表面网格，并根据预设来流条件确定所述目标飞行器的外边界范围；基于所述飞行器表面网格和所述外边界范围生成所述目标飞行器的物理空间网格。
[0011]可选的，所述飞行器跨流域流场的预测方法，还包括：根据所述预设来流条件中的预设来流速度矢量、所述初始来流条件中的初始来流速度以及所述预设迭代步数确定每一迭代步的来流速度矢量，以便基于所述来流速度矢量确定每一迭代步的速度空间网格。
[0012]第二方面，本申请公开了一种飞行器跨流域流场的预测装置，包括：物理空间网格确定模块，用于确定与目标飞行器对应的物理空间网格；来流条件设置模块，用于设置初始来流条件；速度空间网格确定模块，用于基于所述初始来流条件生成初始速度空间网格；初始值确定模块，用于基于所述初始来流条件确定所述物理空间网格中网格单元的分布函数初始值；第一迭代模块，用于将所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数，并基于所述
物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格和所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数；第二迭代模块，用于将所述当前分布函数的值作为第二初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述目标速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设收敛条件，以得到所述目标飞行器的跨流域流场变量和所述物理空间网格中网格单元的目标分布函数。
[0013]第三方面，本申请公开了一种电子设备，包括：存储器，用于保存计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述公开的飞行器跨流域流场的预测方法的步骤。
[0014]第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的飞行器跨流域流场的预测方法的步骤。
[0015]可见，本申请确定与目标飞行器对应的物理空间网格，并设置初始来流条件；基于所述初始来流条件生成初始速度空间网格，并基于所述初始来流条件确定所述物理空间网格中网格单元的分布函数初始值；将所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格和所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数；将所述当前分布函数的值作为第二初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述目标速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设收敛条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器跨流域流场的预测方法，其特征在于，包括：确定与目标飞行器对应的物理空间网格，并设置初始来流条件；基于所述初始来流条件生成初始速度空间网格，并基于所述初始来流条件确定所述物理空间网格中网格单元的分布函数初始值；将所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格和所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数；将所述当前分布函数的值作为第二初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述目标速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设收敛条件，以得到所述目标飞行器的跨流域流场变量和所述物理空间网格中网格单元的目标分布函数。2.根据权利要求1所述的飞行器跨流域流场的预测方法，其特征在于，所述设置初始来流条件，包括：设置初始来流马赫数、初始来流压力、初始来流温度和初始来流速度矢量；相应的，所述基于所述初始来流条件生成初始速度空间网格，包括：基于所述初始来流速度矢量生成初始速度空间网格。3.根据权利要求1所述的飞行器跨流域流场的预测方法，其特征在于，所述基于所述初始来流条件确定所述物理空间网格中网格单元的分布函数初始值，包括：确定平衡态分布函数，并将所述初始来流条件作为所述平衡态分布函数的输入参数，以得到物理空间网格中网格单元的分布函数初始值。4.根据权利要求3所述的飞行器跨流域流场的预测方法，其特征在于，所述将所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格和所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数，包括：将所述平衡态分布函数确定为来流边界分布函数，并将所述来流边界分布函数的初始值和所述分布函数初始值作为第一初始迭代参数；其中，在第一个迭代步中，所述来流边界分布函数的初始值与所述分布函数初始值相同；基于所述物理空间网格和所述初始速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设迭代步数，以得到目标速度空间网格、所述物理空间网格中网格单元的当前分布函数和目标来流边界分布函数。5.根据权利要求4所述的飞行器跨流域流场的预测方法，其特征在于，所述将所述当前分布函数的值作为第二初始迭代参数，并基于所述物理空间网格和所述目标速度空间网格展开多次迭代，直到满足预设收敛条件，以得到所述目标飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：江定武，李锦，王沛，郭勇颜，万钊，王新光，黎昊旻，毛枚良，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：