[发明专利]一种基于SPH理论直升机着水载荷计算的粒子对构建方法

说明书

本发明涉及一种基于SPH理论直升机着水载荷计算的粒子对构建方法，其包括：步骤一：建立水域背景网格，网格长度为kl+△；步骤二：设定△的上限值，用于防止引人错误粒子对；步骤三：根据水流动的物理规律，设定△的下限值。本发明的基于SPH理论直升机着水载荷计算的粒子对构建方法只需要在运算过程中增加简单的判断语句即可实现，工作量很小、且计算准确。

技术领域

本发明属于直升机飞行动力学与飞行载荷计算领域，尤其涉及一种基于SPH理论直升机着水载荷计算的粒子对构建方法。

背景技术

基于光滑粒子流体动力学(SPH)理论建立的直升机水上迫降载荷计算方法可以对三维全尺寸直升机在不同工况下着水的过载、蒙皮表面压力、姿态等进行计算。SPH方法的基础是积分插值理论，将计算的水域流场离散为一系列粒子，粒子具有速度、内能和质量参数。流场中的任意位置上的参量都可以利用周围各粒子参量进行“核函数”的积分求得。最后将流体力学基本方程化为SPH数值计算用的方程组，粒子按照这些计算方程求解结果运动。然而，SPH求解过程消耗在粒子对构建上的时间比较长，并且粒子对也因为粒子的位置改变而动态变化，因此每个计算时刻都需要重新搜索临近粒子，重建粒子对信息。因此，SPH解算中的一个重要问题是如何尽可能地缩短计算时间、提高计算效率。

对任一粒子而言，其核函数有一个支持域，在支持域内的其他粒子都将与该粒子发生作用，都是该粒子的临近粒子。临近粒子会随时间变化而改变，因此每一时刻都必须进行临近粒子的搜索，才能确定并计算粒子对之间的相互作用。

链表法是一种常用的粒子对构建方法，在实现链表算法时，要在问题域内建立一背景网格，如图1中的虚线网格所示。网格单元的空间大小应选取与支持域的空间大小一致。若光滑函数支持域的长度为kl，则网格单元的长度也必须设置为kl。对于水域内的任一粒子，其相邻的粒子只能在同一网格或者相邻的单元内。当k＝2时，在一维、二维、三维空间里的搜索范围分别是在3、9、27个单元内。通过这种方法将问题的复杂阶数由O(N2)降低到O(N)，但仍存在每一时刻都必须重新构建粒子对的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于SPH理论直升机着水载荷计算的粒子对构建方法，用于解决上述问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于SPH理论直升机着水载荷计算的粒子对构建方法，其包括

步骤一：建立水域背景网格，网格长度为kl+△；

步骤二：设定△的上限值，用于防止引人错误粒子对；

步骤三：根据水流动的物理规律，设定△的下限值。

进一步的，设定△的上限值采用的公式为：△＝min(x₁l,2n|V_max|△t)

上式中，x₁为系数，n为时间步数，V_max表示粒子速度的最大值，△t表示两次构建粒子对时完成的物理计算时间。

进一步的，设定△的下限值采用的公式为：△＝max(x₂l,min(x₁l,2n|V_max|△t))。

进一步的，确定△值大小的方法如下：

(1)首先，设定△的初始值为x₁l，构建粒子对，此时记录每个粒子的初始位置；

(2)之后，记录下一时刻的每个粒子的位置，并计算每个粒子相对于初始位置时的粒子移动距离d，并找出最大粒子移动距离d_max，

若d_max0.5ε，则此时△符合要求并继续下一时间步计算；