[发明专利]弹性体飞行器飞行仿真方法、系统及计算机存储介质

说明书

本发明涉及一种弹性体飞行器飞行仿真方法、系统及计算机存储介质，该方法中，在前m步使用CFD方法计算气动力，进行CFD/CSD/RBD耦合计算，以便精确计算出初始激励对结构动力学响应的影响，时间步长采用ts′;当m＜k≤N时，结合CFD和UAM方法计算气动力，进行多时间尺度的UAM/CFD/CSD/RBD耦合计算，判断k是否为n的整数倍，如果是，则进行CFD/CSD/RBD耦合计算，其中RBD时间步长采用n·ts，CSD时间步长采用ts；如果否，则进行UAM/CSD耦合计算，时间步长采用ts。本发明技术方案相比于CFD/CSD/RBD耦合计算，在保证计算精度的前提下，减少了CFD调用次数，提高了计算效率，更适于工程应用。

技术领域

本发明涉及飞行器飞行仿真技术领域，特别是涉及弹性体飞行器的飞行仿真。

背景技术

所有的飞行器都是弹性体，在传统的飞行器设计过程中，均将飞行器简化为刚体。然而飞行器设计趋于精细化，弹性体飞行器的动力学问题不可忽视。弹性体飞行器飞行动力学仿真问题，是耦合了飞行器非定常空气动力学、飞行器结构动力学、飞行力学等多学科的动力学问题，而面向于工程应用，很难在保证计算精度的情况下大幅提高计算效率。

对于弹性体飞行器飞行动力学仿真问题，目前的解决方案是使用基于CFD的CSD/RBD耦合求解方法，在时域内对弹性体飞行器的飞行动力学响应进行模拟。CFD/CSD/RBD耦合仿真方法具有较高的精度，但巨大的计算量是阻碍其推广至工程应用的首要因素。这是因为，相比于刚体飞行器飞行仿真（CFD/RBD），弹性体飞行器所需的时间步长大大降低。飞行器刚体模态固有频率在0.005Hz~10Hz量级，弹性体模态固有频率在1Hz~1000Hz量级。在CFD/RBD耦合计算中，在保证流场收敛的情况下，时间步长可基于刚体模态频率选取，在一个周期内取20至40个采样点即可，这样，进行20至40个物理时间迭代即可完成一个周期的计算；而对于CFD/CSD/RBD耦合计算，在保证流场收敛的情况下，时间步长要基于最高阶弹性模态频率选取，时间步长将大大减小，计算一个刚体模态周期将需要上千次物理时间迭代，计算量急剧增加。

CFD/CSD/RBD耦合方法的计算量主要来源于流场的求解和网格的处理。针对该问题，使用基于CFD 的气动力降解模型替代CFD方法，并耦合CSD/RBD进行时域求解是一种解决思路。然而，就目前来看，基于CFD的气动力模型仍然存在诸多弊端。首先，飞行器刚体动力学方程具有较强的非线性特征，而对于非线性问题，即使不考虑建模过程的计算成本，也难以回避非线性气动力建模方法的通用性和鲁棒性较差的事实。大多数非线性建模方法的适用性依然是片面的，采用相同的随机方法得到的训练样本，建模结果可能存在较大差别，从而导致模型输出的误差将产生较大的分散度，尤其是在训练样本维数较大的情况下。其次，对于非线性问题，当模型输入量参数增加，建模过程中训练样本的维数随之增加，所需训练样本的个数则呈指数倍增长，建模所花费的计算成本可能远大于直接进行CFD/CSD/RBD动力学仿真。

因此，现有技术中的弹性体飞行器飞行动力学仿真方法具有诸多弊端。存在难以适用于工程应用，计算量大，计算效率低的缺陷，对于高效率、高进度的弹性体飞行器飞行动力学仿真，需要寻求其它思路。

发明内容

本发明提供了一种弹性体飞行器飞行仿真方法及系统，具有适用于工程应用，在保证计算精度的情况下大幅提高计算效率的特点。

本发明还提供了一种计算机存储介质，具有便于实现所述飞行仿真方法的特点。

根据本发明提供的弹性体飞行器飞行仿真方法，在仿真过程中，

在前m步中进行CFD/CSD/RBD耦合计算，时间步长采用ts′;其中，N₀≤m＜N，N为仿真的总步数，N₀等于时间推进阶数；