[发明专利]一种基于模态法的并行化高精度颤振计算方法

说明书

本发明公开了一种基于模态法的并行化高精度颤振计算方法，属于航空气动弹性领域。首先流场网格划分软件对飞行器的流场域进行网格划分，fluent软件输出翼面网格节点坐标、网格中心点坐标、面单元全局编号以及累加节点数到txt文件中，结构有限元软件输出结构有限元节点坐标及各阶模态位移。然后将各阶模态位移值插值到飞行器表面各网格节点上，读取各阶模态位移以及txt文件，计算整个机翼的广义气动力，并求解得到每阶模态广义位移和广义速度输出至txt文件，计算各网格中心点在飞行器表面的真实速度和位移。计算到终止时间步的各时间步的结构真实位移。监测给定位置的结构真实位移‑时间曲线，找到高精度颤振速度。本发明提高了计算速度，节约了计算成本。

技术领域

本发明属于航空气动弹性领域，涉及一种基于模态法的并行化高精度颤振计算方法。

背景技术

颤振问题是气动弹性力学中的经典问题，也是飞行器设计人员普遍关注的一个问题：因为它严重的影响了飞行安全性，因此多数飞行器在气动与结构设计完成后都要进行颤振校核。

工程中常用的颤振计算方法是基于面元法气动力的频域颤振计算方法，该方法对于结构和气动均为线性的航空器经典颤振问题具有普遍适用性；但是，对于实际工程中常出现的低雷诺数流动、强分离流动、含有化学反应及相变的流动以及跨声速流动等非线性流动现象，工程颤振计算方法预测不准确，需要基于高精度的计算流体力学(CFD)方法进行颤振计算。因此需要发展一种能够考虑非线性气动力的高效颤振计算方法。

一种比较常见的解决思路是CFD/CSD(计算固体力学)耦合策略，在流固交界面处进行力和位移等信息交换，这种方法拥有较高的计算精度，但是计算成本很高，工程适用性差。

另一种解决方法是利用等效降阶模型辨识任意工况下的非线性气动力，再利用辨识模型来预测气动力，进而求解颤振问题；这种方法需要大量的CFD数据样本来训练降阶模型，时间成本不可小觑。同时降阶模型在任意飞行工况下的范化能力有待考验。通常情况下，一个降阶模型只能对某些工况下的非线性气动力预测有较好的效果。

发明内容

本发明为了解决能够考虑气动力非线性，同时兼顾计算精度和计算效率的工程颤振计算的难题，提出了一种基于模态法的并行化高精度颤振计算方法。

所述的颤振计算方法，具体步骤如下：

步骤一、使用流场网格划分软件对飞行器的流场域进行网格划分，并在fluent软件输出翼面网格节点坐标、网格中心点坐标、面单元全局编号以及累加节点数到txt文件中。

每个面单元都包括至少三个面网格节点和一个网格中心点。

步骤二、在结构有限元软件中输出结构有限元节点坐标及各阶模态位移；

步骤三、以并行方式运行fluent软件，通过薄板样条插值(TPS)方法将读取到的各阶模态位移值利用几何关系，插值到飞行器表面的各网格节点上，得到每个流场网格节点分别对应的各阶模态位移。

步骤四、host节点读取每个网格中心点分别对应的各阶模态位移以及txt文件，并利用各分线程节点node计算各阶广义气动力之和，得到整个机翼的广义气动力。

具体过程为：

步骤401、针对并行方式进行的每个面单元，host节点读取各网格中心点对应的各阶模态位移并传递给各分线程节点node；

各分线程节点node采用全局编号匹配搜索算法得到自身包含的所有网格中心点的各阶模态位移，具体过程如下：

首先，将飞行器表面的所有面单元全局编号向量faceGlobalId，按照串行局部编号k_serial排列；