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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

摘要：本发明公开了一种全弹道整体迭代的气动热传热耦合计算方法。该方法迭代过程为重复热环境‑传热的单向计算，操作简单易于实现；该方法按照一定规则在全弹道上进行锚点选取，锚点之间的热环境可并行计算，流场计算热环境和结构场计算的温度分布通过特定插值相互耦合求解，沿弹道整体迭代若干轮后计算精度可满足特定需求。相较于沿时间方向依次进行耦合计算的方法而言，全弹道整体迭代的气动热传热耦合计算方法计算效率提升，提升倍数为锚点数整体迭代轮数；由于沿全弹道整体迭代为误差减小过程，相较于误差增大过程的沿时间方向依次耦合计算，收敛误差至最小范围，计算精度提升。

主权项：1.一种全弹道整体迭代的气动热传热耦合计算方法，其特征在于：通过求解三维可压缩Navier-Stokes方程计算流场壁面网格热流值，通过求解三维热传导方程求解结构场温升历程，通过全弹道的反复迭代计算收敛整个耦合计算过程所产生的误差，较传统的计算方法提升计算精度在50％以上；该方法，具体步骤如下：步骤一：根据弹道选取需要进行流场求解的计算锚点，在靠近攻角和侧滑角突变点的两侧布置锚点，在攻角和侧滑角变化剧烈的区域，加密选取锚点，其余区域按照计算精度、时间成本、计算资源成本三者的综合需求均匀选取；步骤二：进行流场的求解，求解时壁面温度根据算例情况选取当地温度，利用有限体积法finitevolumemethod求解三维可压缩Navier-Stokes方程，得到每个锚点流场壁面网格热流值，Navier-Stokes方程如下： 步骤三：将步骤二锚点上的热环境结果利用反距离权重法从流场壁面网格插值到结构场壁面网格上，实现流场数据与结构场数据在壁面位置的交互，得到锚点上的结构场壁面网格热流值，反距离权重法计算公式如下： 其中sxi,yi为已知插值点上的物理量，sx,y为待插值坐标点上的物理量，di为已知点与待插值点的距离，β,a为衰减控制量，取β＝1,a＝2，αi为插值节点的权值，其表示该点上的物理信息在该距离下对待插值点的贡献；步骤四：利用Fay-Riddell公式计算出半径为1米的球头的全弹道驻点热流值，Fay-Riddell公式如下： 其中qs为驻点热流，Pr为普朗特常数，ρsw为驻点壁面密度，μsw为驻点壁面粘性系数，ρs为壁面密度，μs为驻点粘性系数，为驻点边界层外沿速度梯度，hs为驻点焓值，hw为壁面焓值；步骤五：将步骤三中插值得到的锚点上的结构场壁面网格热流值，利用第四步的全弹道驻点热流值作为参考值进行无量纲化，得到锚点上的结构场壁面网格无量纲热流值，无量纲化具体公式如下： 其中sxi,yi为有量纲的物理量，为无量纲的物理量，qi为参考值；步骤六：将步骤五中计算得到的锚点上的结构场壁面网格无量纲热流值，利用反时间权重法从锚点时刻插值到整个弹道，得到全弹道结构场壁面网格无量纲热流值，反时间权重法计算公式如下： Ti＝|t-ti|其中sxi,yi为已知插值点上的物理量，sx,y为待插值坐标点上的物理量，Ti为已知点时刻与待插值点时刻之间的时间间隔，β,a为衰减控制量，取β＝1,a＝2，αi为插值节点的权值，其表示该点上的物理信息在该时间间隔下对待插值点的贡献；步骤七：将步骤六得到的全弹道结构场壁面网格无量纲热流值，利用第四步的全弹道驻点热流值作为参考值进行有量纲化，得到全弹道结构场壁面网格热流值，有量纲化具体公式如下： 其中为无量纲的物理量，sxi,yi为有量纲的物理量，qi为参考值；步骤八：将步骤七得到的全弹道结构场壁面网格热流值，通过热壁修正公式，得到每个对应时刻壁温条件下的全弹道结构场壁面网格热流值，具体修正公式如下： 其中Qcold代表冷壁热流，Qhot代表热壁热流，Ttotal代表总温，Tcold代表冷壁恢复温度，Thot代表热壁恢复温度；步骤九：将步骤八得到的修正后的全弹道结构场壁面网格热流值作为输入条件，利用有限元方法求解三维热传导方程，得到结构内部的整个温升历程，包括全弹道结构场壁面网格温升历程，三维热传导方程如下： 步骤十：从步骤九计算得到的全弹道结构场壁面网格温升历程当中，取出步骤一中各锚点时刻上的结构场壁面网格温度值，再次利用步骤三中的反距离权重法，将取出的锚点上结构场壁面网格温度值插值到流场壁面网格上，实现结构场数据与流场数据在壁面位置的交互，得到锚点上的流场壁面网格温度值；步骤十一：将步骤十插值得到的锚点流场壁面网格温度值作为输入条件，再次利用步骤二中的有限体积法求解三维可压缩Navier-Stokes方程，获得变壁温条件下的锚点流场壁面网格热流值；步骤十二：将步骤十一计算所得的变壁温条件下的锚点流场壁面网格热流值替换步骤二中的锚点流场壁面网格热流值，重复步骤三至步骤十一，实现全弹道整体迭代过程，使整个耦合计算过程产生的误差迭代收敛至最小，计算精度提升。

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百度查询： 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种全弹道整体迭代的气动热/传热耦合计算方法