【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及舵翼结构模型预报，尤其涉及一种舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法。
技术介绍
1、流体流动绕过舵翼时，由于舵翼两侧的流体流速微小的差异，导致舵翼尾部两侧产生压力差，使得舵翼尾部两侧脱落出旋转方向相反、周期性排列的双列线旋涡，而不同的来流速度和舵翼攻角会对舵翼尾涡的脱落频率和强度产生影响。目前对舵翼尾涡脱落情况和流体力预报的研究较少且复杂，为了能快速预报不同来流速度、不同攻角下复杂舵翼尾涡脱落情况和流体力大小，需要建立一种舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法。
技术实现思路
1、本专利技术主要目的是提出一种舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，通过建立二维舵翼物理模型，然后对所选的湍流模型、时间步数值和网格独立性的对比分析验证，经过仿真计算分析不同工况条件下的舵翼尾涡脱落和升阻力系数的规律，最后得到舵翼结构的尾涡脱落和流体力(包括升力和阻力)的模型预报，以便快速的对不同来流速度不同攻角下的舵翼尾涡脱落模式和流体力大小进行预报。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，包括：
4、s1、建立待计算的二维舵翼物理模型；
5、s2、明确计算模型的外流场边界条件，确定网格尺寸并进行网格划分；生成网格文件，把网格导入流体计算软件中；
6、s3、在流体计算软件中设定流体参数、边界条件和求解参数，其中求解参数的设置包括：湍流模型、求解精度、时间步长和网格总数
7、s4、求解流场，分别绘制不同湍流模型下的舵翼尾涡脱落云图和舵翼升阻力系数曲线图，对比分析选取最适湍流模型；
8、s5、对所选取的时间步长和网格总数分别进行时间步无关性验证和网格独立性检查，若结果均满足计算要求，则进行下一步计算；否则，回到步骤s3并选择合适的时间步长或网格总数重新进行计算；
9、s6、在流体计算软件中计算舵翼在不同来流速度、不同攻角下的尾涡脱落数据和升阻力系数数据，绘制舵翼尾涡脱落云图和升阻力系数曲线图；
10、s7、在尾涡脱落云图中根据舵翼在各来流速度下不同攻角条件下的尾涡脱落结构定义尾涡脱落模式，综合舵翼在各来流速度下不同攻角下的尾涡脱涡模式，建立以攻角为x轴、来流速度为y轴的舵翼尾涡脱落预报模型；
11、选取舵翼在各来流速度下不同攻角下一段稳定尾流的升阻力系数，计算各来流速度下升阻力系数的均方根值，建立以攻角为x轴、升阻力系数均方根值为y轴的流体力预报模型。
12、上述方案中，采用icem cfd软件建立待计算的二维舵翼物理模型并对其进行网格划分；在来流中放置一个弦长为b的舵翼，其表面设置为无滑移壁面；舵翼的左侧为来流边界，流场上下边界为对称壁面，舵翼的右侧为出口边界；贴体网格部分采用icem软件中的“o-block”策略生成，外流场区域采用四边形结构化网格设置。
13、上述方案中，步骤s3中，选取了四个湍流模型，分别是les模型、des模型、realizable k-e模型和sst k-ω模型，各湍流模型设置的边界条件相同。
14、上述方案中，步骤s4中，通过计算得到不同湍流模型下升阻力系数随时间的变化曲线图，对比分析各湍流模型的升阻力系数曲线变化情况，选择升阻力系数存在明显周期性变化的湍流模型；然后计算并绘制该湍流模型的舵翼尾涡脱落云图，对比分析尾涡脱落模式，选择在尾流脱落处有规则、交替排列的漩涡的作为最适湍流模型。
15、上述方案中，步骤s5中，对所选取的时间步长进行时间步无关性验证，具体方法为：分别选取相同来流速度和攻角下的多个时间步长进行验证，提取舵翼在各时间步长下的泄涡频率，若泄涡频率呈现稳定趋势则满足计算要求。
16、上述方案中，步骤s5中，对网格总数进行网格独立性检查，具体方法为：分别采用相同来流速度和攻角下的多个网格总数的舵翼模型进行计算，分析不同舵翼网格模型的斯特劳哈尔数st或阻力均值cd之间的相对误差，若相邻网格总数结果之间的相对误差在4％以内则满足计算要求。
17、上述方案中，步骤s6中，使用tecplot软件对尾涡脱落数据绘制各来流速度在不同攻角下的尾涡脱落云图。
18、上述方案中，步骤s6中，使用origin软件对升阻力系数数据绘制升阻力系数曲线图。
19、上述方案中，步骤s7中，定义的尾涡脱落模式包括2s模式、2s+u模式、u+2s模式、t+s模式和2p模式；所述2s模式为尾流呈现周期性、交替脱落的正负漩涡结构；所述2s+u模式为尾流先交替出现正负漩涡，随着漩涡的持续发展，最后转变为稳定尾流结构；所述u+2s模式为尾流先保持一段稳定尾流结构，再交替出现正负漩涡结构；所述t+s模式为舵翼上侧脱落三个漩涡分别为负正负漩涡，后面再出现一个交替的正负漩涡结构；所述2p模式为舵翼上侧脱落两对正负漩涡。
20、本专利技术产生的有益效果是：
21、本专利技术基于商业软件ansys/fluent，以舵翼在不同来流速度不同攻角下的尾涡脱落情况和流体力大小为研究背景，构建舵翼的尾涡脱落模式和流体力预报模型。通过对比分析选取更合适的一个湍流模型，对所选取的数值进行时间步无关性验证和网格独立性检查，以确保后面计算结果的准确性和可靠性。然后对最合适的湍流模型进行计算，绘制多个不同条件下的舵翼尾涡脱落云图和流体力系数曲线图，分析不同条件下的尾涡脱落结构，对尾涡结构进行脱涡模式定义，接着计算各来流速度在不同攻角下的升阻力系数均方根值，最后建立舵翼的尾涡脱落模式预报模型和流体力预报模型。与现有技术相比，本专利技术提供的一种舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，可快速且准确地对不同来流速度不同攻角下的舵翼尾涡脱落情况和升阻力系数大小进行预报，为舵翼结构在不同条件下尾涡脱落情况和流体力大小的分析提供指导基础。
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1.一种舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，采用ICEM CFD软件建立待计算的二维舵翼物理模型并对其进行网格划分；在来流中放置一个弦长为b的舵翼，其表面设置为无滑移壁面；舵翼的左侧为来流边界，流场上下边界为对称壁面，舵翼的右侧为出口边界；贴体网格部分采用ICEM软件中的“O-block”策略生成，外流场区域采用四边形结构化网格设置。
3.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤S3中，选取了四个湍流模型，分别是LES模型、DES模型、Realizable k-e模型和SSTk-Ω模型，各湍流模型设置的边界条件相同。
4.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤S4中，通过计算得到不同湍流模型下升阻力系数随时间的变化曲线图，对比分析各湍流模型的升阻力系数曲线变化情况，选择升阻力系数存在明显周期性变化的湍流模型；然后计算并绘制该湍流模型的舵翼尾涡脱落云图，对比分
5.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤S5中，对所选取的时间步长进行时间步无关性验证，具体方法为：分别选取相同来流速度和攻角下的多个时间步长进行验证，提取舵翼在各时间步长下的泄涡频率，若泄涡频率呈现稳定趋势则满足计算要求。
6.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤S5中，对网格总数进行网格独立性检查，具体方法为：分别采用相同来流速度和攻角下的多个网格总数的舵翼模型进行计算，分析不同舵翼网格模型的斯特劳哈尔数St或阻力均值Cd之间的相对误差，若相邻网格总数结果之间的相对误差在4％以内则满足计算要求。
7.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤S6中，使用Tecplot软件对尾涡脱落数据绘制各来流速度在不同攻角下的尾涡脱落云图。
8.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤S6中，使用Origin软件对升阻力系数数据绘制升阻力系数曲线图。
9.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤S7中，定义的尾涡脱落模式包括2S模式、2S+U模式、U+2S模式、T+S模式和2P模式；所述2S模式为尾流呈现周期性、交替脱落的正负漩涡结构；所述2S+U模式为尾流先交替出现正负漩涡，随着漩涡的持续发展，最后转变为稳定尾流结构；所述U+2S模式为尾流先保持一段稳定尾流结构，再交替出现正负漩涡结构；所述T+S模式为舵翼上侧脱落三个漩涡分别为负正负漩涡，后面再出现一个交替的正负漩涡结构；所述2P模式为舵翼上侧脱落两对正负漩涡。
...【技术特征摘要】
1.一种舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，采用icem cfd软件建立待计算的二维舵翼物理模型并对其进行网格划分；在来流中放置一个弦长为b的舵翼，其表面设置为无滑移壁面；舵翼的左侧为来流边界，流场上下边界为对称壁面，舵翼的右侧为出口边界；贴体网格部分采用icem软件中的“o-block”策略生成，外流场区域采用四边形结构化网格设置。
3.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤s3中，选取了四个湍流模型，分别是les模型、des模型、realizable k-e模型和sstk-ω模型，各湍流模型设置的边界条件相同。
4.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤s4中，通过计算得到不同湍流模型下升阻力系数随时间的变化曲线图，对比分析各湍流模型的升阻力系数曲线变化情况，选择升阻力系数存在明显周期性变化的湍流模型；然后计算并绘制该湍流模型的舵翼尾涡脱落云图，对比分析尾涡脱落模式，选择在尾流脱落处有规则、交替排列的漩涡的作为最适湍流模型。
5.根据权利要求1所述的舵翼结构尾涡模式及流体力预报模型的构建方法，其特征在于，步骤s5中，对所选取的时间步长进行时间步无关性验证，具体方法为：分别选取相同来流速度和攻角下的多个时间步长进行验证，提...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，金伟，白晓蕊，刘在良，邵江燕，李晓彬，张轩睿，马越，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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