【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体力学计算，具体为一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法。
技术介绍
1、目前，获取进气道气动性能数据的方法主要分为两种：风洞试验与cfd数值模拟方法。总体来看，在获取耦合内外流的进气道气动特性数据时，风洞试验真实性高，但代价过大，数据获取效率低下难以大规模开展。而计算流体力学（cfd）仿真随着计算流体力学与计算机科学的发展，计算精度与计算效率均有了长足的发展。凭借着成本低、灵活性强、可重复性高以及计算精度较高的优点，其已成为现代飞行器设计过程中不可或缺的工具。然而cfd数值模拟方法在针对复杂几何模型时也表现出了一定的局限性。首先是难以划分高质量计算网格。在cfd模拟中，网格划分是将连续的物理空间离散化为一系列单元的过程，这些单元用于数值求解，高质量的网格可以加快计算收敛速度，提高计算稳定性，因为需要确保网格的质量（如长宽比、扭曲度等）符合要求。复杂几何模型存在大量尖锐的边界与狭长的空间，这些都为网格划分带来了巨大的挑战。其次是网格数量激增。网格数量对cfd数值计算的影响是多方面的，直接关系到计算资源需求与计算效率。复杂几何模型往往存在尺寸非常小的特征，为了捕捉到这些特征对流场的影响，网格尺寸也必须减小到对应的量级，这会大幅度增加网格数量。针对cfd数值模拟方法面对复杂几何时存在的局限性，科研人员针对不同的应用场景提出了一系列的简化模型。其中最具代表性的是螺旋桨等效盘模型，螺旋桨等效盘模型的基本思想是将螺旋桨的复杂流动特性简化为一个无厚度的圆盘的作用效果。这个圆盘前后气流参数与螺旋桨前后气流参数相同，
2、作为吸气式推进系统的“呼吸道”，进气道肩负着对气流进行捕获、压缩、整流等重任，其设计特征和工作特性对发动机的工作效率和飞行器的包线有着显著影响。先进的进气道往往需要在不断挖掘气动潜能的同时关注其电磁屏蔽、结构重量、外部阻力等因素，因此将入口栅格与埋入式进气道相结合，得到称之为融合入口栅格的埋入式进气道。
3、进气道的气动性能与其设计参数变化与飞行工况密切相关，在进行融合入口栅格的埋入式进气道设计时，为了使其进气性能满足整个飞行包线，需要获取不同设计参数与不同飞行工况组合下的气动性能。对于融合入口栅格的埋入式进气道而言，由于栅格孔的特征尺寸与飞行器进气道特征尺寸相差较大（栅格孔径的特征尺寸往往是毫米量级，约为电磁波波长的五分之一，而飞行器进气道的特征尺寸为米量级），并且由于栅格的导流角较小，栅格几何模型中存在大量尖锐的边界与狭长的空间，因此如果网格划分不当，很容易导致局部网格畸变严重影响计算精度和收敛性。因此必须对靠近进气道入口处的网格进行加密处理。此外，栅格本身的多通道结构也会大幅度增加计算网格（根据以往的经验，埋入式进气道加盖栅格后的网格数量约为加盖栅格前的8-10倍）。伴随着网格数量的激增，计算代价显著提高，因此目前融合入口栅格的埋入式进气道设计周期较长。
技术实现思路
1、针对融合入口栅格的埋入式进气道设计中存在的网格划分困难、性能评估代价高以及设计周期长的问题，本专利技术提出了一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，该等效方法的基本思想是将栅格对气流的复杂影响通过动量源项加载在栅格等效区域，通过设置相应的参数来模拟气流流过真实栅格的流动特性，从而模拟入口栅格对埋入式进气道内部流场影响。这种方法在计算过程中避免了直接cfd数值模拟栅格复杂几何构型的困难，大幅度降低了计算复杂度和成本。
2、本专利技术的技术方案为：
3、所述一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，包括以下步骤：
4、步骤1：通过cfd数值模拟分别得到某一工况下，无栅格状态下的埋入式进气道流场信息和有栅格状态下的埋入式进气道流场信息；
5、步骤2：在埋入式进气道中靠近栅格底部位置建立特征截面，并将无栅格状态下的埋入式进气道流场信息和有栅格状态下的埋入式进气道流场信息分别插值到特征截面，得到无栅格状态下的埋入式进气道特征截面的总压分布与有栅格状态下的埋入式进气道特征截面的总压分布；并计算得到由栅格导致的特征截面总压损失分布；
6、步骤3：结合步骤2得到的特征截面总压损失分布以及栅格的几何特征，利用动量源项实现设定工况下的等效流场计算；具体包括以下步骤：
7、步骤3.1：基于步骤2得到的特征截面总压损失分布，将特征截面划分为若干区域，且单个区域内反映总压损失离散度的某个设定统计量不大于设定阈值；
8、步骤3.2：计算出每个区域的平均总压损失，并将每个区域的平均总压损失与栅格的几何特征结合，根据公式
9、
10、计算对应区域沿流动方向的单位流阻；其中为栅格在流动方向的长度，h为栅格厚度，为栅格导流角，为栅格对应区域在x方向的单位流阻，为栅格对应区域在z方向的单位流阻，为对应区域的平均总压损失，和进行矢量叠加后，得到栅格对应区域沿流动方向的单位流阻；
11、步骤3.3：将实际栅格区域的流场网格替换为等效区域网格；所述等效区域为将特征截面所划分的区域对应到栅格上进行划分所得到的若干区域，对等效区域进行网格划分得到等效区域网格；
12、步骤3.4：对于某一需要计算的工况，利用等效后的网格进行有栅格状态下的埋入式进气道流场计算，其中将栅格对应区域沿流动方向的单位流阻通过动量源项的形式融入动量守恒方程中，在流场计算中通过迭代并更新流场，使流过栅格等效区域的气流受到与流过真实栅格的气流相同的效应，实现等效流场计算。
13、进一步的，通过cfd数值模拟得到埋入式进气道流场信息时，保留埋入式进气道上游的部分飞行器机体。
14、进一步的，步骤1进行cfd数值模拟时，分别对有、无栅格状态下的埋入式进气道进行网格划分，其中计算域远场的最大网格尺寸为500mm，飞行器机体及进气道表面最大网格尺寸为3mm，最小网格尺寸为0.5mm，边界层数设置为10，首层网格高度为0.1mm，增长率为1.2。
15、进一步的，步骤2中，在埋入式进气道中距栅格底部1mm处创建特征截面，并生成特征截面的面网格。
16、进一步的，步骤3.1中，所述统计量采用极差或方差来表征。
17、进一步的，步骤3.3中，所述等效区域网格不进行加密处理，网格量低于实际栅格区域网格量。
18、有益效果：
19、本专利技术作为一种cfd计算中针对融合入口栅格的埋入式进气道这一复杂结构的等效方法，具有计算效率高、流场还原度较高以及等效方法简单的特性，突破了对融合入口栅格的埋入式进气道cfd计算中对栅格处网格划分困难、网格数量过大以及计算效率低下的局限性，同时也为尺寸小、结构复杂部件的cfd计算提供了新思路。基于该方法可以大幅度缩短融合入口栅格的埋入式进气道复合系统设计周期、提高性能评估效率。
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【技术保护点】
1.一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：通过CFD数值模拟得到埋入式进气道流场信息时，保留埋入式进气道上游的部分飞行器机体。
3.根据权利要求1所述一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：步骤1进行CFD数值模拟时，分别对有、无栅格状态下的埋入式进气道进行网格划分，其中计算域远场的最大网格尺寸为500mm，飞行器机体及进气道表面最大网格尺寸为3mm，最小网格尺寸为0.5mm，边界层数设置为10，首层网格高度为0.1mm，增长率为1.2。
4.根据权利要求1所述一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：步骤2中，在埋入式进气道中距栅格底部1mm处创建特征截面，并生成特征截面的面网格。
5.根据权利要求1所述一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：步骤3.1中，所述统计量采用极差或方差来表征。
6.根据权利要求1所述一种融合入口
...【技术特征摘要】
1.一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：通过cfd数值模拟得到埋入式进气道流场信息时，保留埋入式进气道上游的部分飞行器机体。
3.根据权利要求1所述一种融合入口栅格的埋入式进气道快速等效流场计算方法，其特征在于：步骤1进行cfd数值模拟时，分别对有、无栅格状态下的埋入式进气道进行网格划分，其中计算域远场的最大网格尺寸为500mm，飞行器机体及进气道表面最大网格尺寸为3mm，最小网格尺寸为0.5mm，边界层...
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