多体分离数值模拟及方法验证

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1、第４３卷第６期航空计算技术Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．６２０１３年１１月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＮｏｖ．２０１３多体分离数值模拟及方法验证张一帆（中航工业西安航空计算技术研究所气动数值模拟航空科技重点实验室，陕西西安７１００６８）摘要：利用自主研发的混合网格Ｅｕｌｅｒ／ＲＡＮＳ方程解算软件ＷｏＦ９０以及六自由度动力学与运动学方程解算程序，采用脚本语言技术实现网格的自动生成，建立了一套可用于多体分离问题的准定常Ｅｕｌｅｒ流动非结构网格方法。通过ＡＥＤＣ算例对非结构准定常Ｅｕｌｅｒ方程方法解决多体分离问题进行了计算研究，验证了方法的可行性。关键词：多体分离；非结构网格自

2、动生成；六自由度；验证中图分类号：Ｖ２１１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１桘６５４Ｘ（２０１３）０６桘００６３桘０３ValidationResearchonMulti桘bodySeparationSimulationＺＨＡＮＧＹｉ桘ｆａｎ（Xi′anAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，AVIC，Xi′an７１００６８，China）Abstract：Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｔｈｅｑｕａｓｉ桘ｓｔｅａｄｙＥｕｌｅｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏ

3、ｓｏｌｖｅｍｕｌｔｉ桘ｂｏｄｙｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍ．ＳｃｒｉｐｔｌａｎｇｕａｇｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｇｒｉｄａｎｄｔｈｅｗｈｏｌｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｓｐａｒａｌｌｅｌｓｏｌｖｅｄｂｙｆｌｏｗｓｏｌｖｅｒＷｏＦ９０，ｔｈｅｎｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｏｆｔｈｅｓｔｏｒｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｃｏｕｐｌｉｎｇｉｔｅｒａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｓｉｘ桘ｄｅ-ｇｒｅｅｓ桘ｏｆ桘ｆｒｅｅｄｏｍ．Ｔｈｒｅｅｍａｊｏｒｍｏｄｕｌｅｓａｒｅｉｎ

4、ｔｅｇｒａｔｅｄｂｙｓｃｒｉｐｔｌａｎｇｕａｇｅｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｏｆｔｈｅｓｔｏｒｅ．Ｔｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄ，ａｗｅｌｌ桘ｄｏｃｕｍｅｎｔｅｄｔｅｓｔｃａｓｅＡＥＤＣｗａｓｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｉｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｕｌｔｉ桘ｂｏｄｙｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Keywords：ｍｕｌｔｉ桘ｂｏｄｙｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍａｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ

5、ｏｆｔｈｅｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｇｒｉｄ；６ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍ；ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ引言问题的Ｅｕｌｅｒ流动非结构网格方法。为了对上述方法进行验证，利用ＡＥＤＣ标准弹翼分离模型深入开展了多体分离问题是航空、航天和武器系统中需要解该方法的验证计算研究。决的一类重要力学问题。航空领域的外挂物投放、飞机与运载器的抛罩问题；航天领域中火箭的级间分离及子母弹散问题；武器系统中无人机载机导弹分离问１数值模拟方法［１］题等，均属于相对运动的多体分离问题。目前国内多体分离问题的数值模拟流程为：１）脚本语言自外研究多体分离问题主要靠飞行试验、风洞试验和数动生成非结构网格；２）求解流体控制方程数值

6、模拟外值仿真。飞行试验和风洞试验成本高，并需要理论指挂物在给定位置时的机翼／外挂物干扰流场，计算出作导。随着相关数值计算方法的发展和计算机技术的进用于外挂物的气动力和力矩；３）根据作用于外挂物上步，ＣＦＤ等数值仿真手段已经被广泛应用于工程中的的力和力矩，数值积分描述外挂物运动轨迹的常微分多体分离问题研究。方程组，求出外挂物新的位置。本文在自主研发的混合网格Ｅｕｌｅｒ／ＲＡＮＳ方程解１．１非结构网格自动更新算软件ＷｏＦ９０基础上，通过自研的六自由度动力学与本文设计出适用于多体分离数值模拟的网格自动［２］［３］更新脚本。首先，剥离出网格每一时刻的变化部分：弹运动学方程解算程序与之耦合，采用脚本语

7、言技术实现网格的自动生成，建立了一套可用于多体分离体的位置及姿态，将弹面网格的平移和旋转操作写入收稿日期：２０１３－０９－１３修订日期：２０１３－１０－０５基金项目：国家８６３计划项目资助（２０１２ＡＡ０１Ａ３０４）作者简介：张一帆（１９８４－），女，河南新密人，工程师，硕士研究生，主要研究方向为计算流体力学。·６４·航空计算技术第４３卷第６期脚本中，在每个时刻用脚本语言对位移和旋转轴等信运动，为确保每个时刻