(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111557744.X (22)申请日 2021.12.20 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113962030 A (43)申请公布日 2022.01.21 (73)专利权人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 蒋崇文　胡姝瑶　高振勋　许晨豪　 李椿萱　 (74)专利代理 机构 北京天汇航智知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11987 代理人 黄川　史继颖 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 舒泽梅 (54)发明名称 飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更 新方法 (57)摘要 本发明公开了一种飞行器多体分离模拟的 重叠网格扰动域更新方法， 首先， 利用隐式装配 方法基于壁面距标记单元属性的特点简化壁面 距算法， 从而 提高网格装配的效率； 其次， 在扰动 域更新方法的框架下， 实现重叠网格的数值模 拟， 使得仅有未收敛受扰区域内的单元进行插值 运算， 从而降低重叠网格插值运算的计算量； 再 次， 建立新型重叠网格信息交换方法， 实现在大 流动梯度区基于网格变形与加密传递信息， 在小 流动梯度区域基于流动梯度插值传递信息的方 式， 从而改善重叠区精度并避免 “孤点”问题。 该 方法可显著提升飞行器多体分离问题数值模拟 的计算效率， 并解决数值精度在大流动 梯度网格 重叠区损失、 存在 “孤点”等问题。 权利要求书4页 说明书11页 附图2页 CN 113962030 B 2022.03.11 CN 113962030 B 1.一种飞行器多体分离模拟的重 叠网格扰动域更新方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 计算初始化； 读入数据， 初始化网格参数与流场参数， 建立对流动态域与非定常动态域； S2： 重叠网格装配； 根据壁面距隐式装配重叠网格， 确定网格重叠区域并标记重叠区域中的大流动梯度 单 元； S3： 网格重 叠区域流场信息传递； 重叠区域的大流动梯度 单元通过自适应加密与变形实现守恒型插值， 小流动梯度 单元 基于流动梯度直接插值； S4： 流动控制方程 求解； 在对流动态域中求解流动控制方程， 更新对流动态域； 在流动控制方程求解中， 在网格 重叠区域的大流动梯度单 元考虑网格 变形导致的网格速度； 判断当前时刻内迭代是否收敛， 若未收敛， 则跳转至步骤S3， 进入当前时刻下一迭代步 的求解； 若已收敛， 则进一步判断计算是否完成； 若计算未完成， 则继续步骤S 5； 若计算已完 成， 则输出 结果， 结束计算； S5： 下一时刻再初始化； 求解6自由度运动方程， 确定飞行器在下一时刻的位置与姿态； 刚性运动子网格， 在数 值模拟中描述飞行器在下一时刻的位置与姿态； 在更新非定常动态域与对流动态域后， 返 回步骤S2， 进入下一时刻的求 解； 所述步骤S2包 含如下子步： S2‑1： 确定网格属性； 遍历所有子网格单元， 根据单元对各子网格壁面距， 确定其网格属性， 完成网格的装 配； S2‑2： 确定重叠区域对应关系； 遍历所有插值单元， 确定并记录每一插值单元在与其重叠网格中格心距离最近的单元 标号； 所述网格属性包括计算单元、 插值单元、 非活跃单元； 计算单元是根据流动控制方程求 解获得流场信息的单元， 插值单元是从网格重叠区获取其他网格所得流场信息的单元， 非 活跃单元是完全不影响数值模拟的单 元； 对每一子网格单 元， S2‑1具体包含如下4个子步： S2‑1‑1： 计算单元格心到其他网格壁面单元外接长方体的距离， 确定距离最近的2个外 接长方体； 令 xi,c为网格单元的格心坐标， xi,min、xi,max分别表示外接长方体在 xi方向的最小 值和最大值， 则计算网格单 元到外接长方体的距离表示 为 S2‑1‑2： 若该单元距最近2个外接长方体的距离大于其存储的对所属网格的壁面距， 则 标记该单元为非活跃单元； 若小于或数值接近， 则遍历2个外接长方体中的壁面单元， 计算 该单元到其中每 个壁面单元的距离， 并保存其中的最小值； S2‑1‑3： 若该单元对所属网格壁面距小于对其他网格的壁面距， 则标记该单元为计算权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 113962030 B 2单元； S2‑1‑4： 将标记单 元相邻的若干层非活跃 单元标记为插值单 元。 2.根据权利要求1所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法， 其特征在 于， 所述步骤S3包 含如下子步： S3‑1： 标记重 叠区域大流动梯度单 元； 标记重叠区域中流动梯度大于给定流动梯度阈值的单元， 并记录其网格节点坐标； 其 余未标记的重 叠区域单 元即为小流动梯度单 元； S3‑2： 自适应加密大流动梯度单 元； 针对重叠区域大流动梯度单元， 若1个单元存在多个对应单元时， 根据单元的对应数 量， 将具有多个对应单元的单元剖分， 使 得剖分后的子单元数不少于对应单元数， 剖分后所 得子单元的格心分别接 近各对应单 元； S3‑3： 大流动梯度单 元变形； 移动重叠区域大流动梯度单元节点位置， 移动后使其满足： 1） 重叠区域的两套网格格 心重合； 2） 所有节点的移动距离最小； 取一组对应单元在移动前格心的平均值作为其移动 后的格心坐标， 以拉格朗日乘数法联立 求解所有大流动梯度单 元的目标节点 位置； S3‑4： 小流动梯度单 元插值； 基于流动梯度， 插值获得重 叠区域小流动梯度单 元的流场信息 。 3.根据权利要求2所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法， 其特征在 于， 所述步骤S3‑3， 移动重 叠区域大流动梯度单 元节点位置具体为： 设xi0(1)、xi0(2)为移动前一组对应单元的格点坐标， xc0(1)、xc0(2)为移动前该组对应单元 的格点坐标， 设 xi(1)、xi(2)为移动后该组对应单元的格点坐标， xc(1)、xc(2)为移动后该组对应 单元的格点 坐标， 则该组对应单 元移动前后的坐标关系为 其中，n为单元的格点个数。 4.根据权利要求2所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法， 其特征在 于， 所述步骤S3‑4， 插值公式表示 为： 其中，Q2表示插值单元的原始变量， Q1、 分别表示对应单元的原始变量及其梯 度， Δx12表示对应单 元格心指向插值单 元格心的向量。 5.根据权利要求2 ‑4任一项所述的飞行器多体分离模拟的重叠网格扰动域更新方法， 其特征在于， 所述 步骤S4包 含如下子步： S4‑1： 边界条件处 理； 以虚网格方法处 理子网格的物理边界条件和人工边界条件； S4‑2： 残差估计；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 113962030 B 3