[发明专利]飞行器动态流场分析中高效的嵌套网格宿主单元搜索方法

说明书

本发明提供一种飞行器动态流场分析中高效的嵌套网格宿主单元搜索方法，为给定区域的网格单元创建系列的不止一个的sub‑ADT树，并将这些sub‑ADT的存储地址以数组形式注册到登记簿，首先把待查网格点根据其坐标位置定格在一特定的局部区域对应的sub‑ADT上，然后通过常规ADT的方式进行其对应宿主单元的搜索，从而将多套相互嵌套的网格进行装配，开展飞行器动态运动流场分析。该方法大大地减少了每个子ADT数的深度，使得每个子ADT树结构有较好的均衡性，同时快速地将待查点定位到一个非常小的局部区域，减小了宿主单元搜索的区域范围，有效地降低了搜索耗时，缩短飞行器动态运动过程的数值模拟时间。

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，具体是一种飞行器动态流场分析中高效的嵌套网格宿主单元搜索方法。

背景技术

随着近年来计算机技术的飞速发展，计算流体力学（CFD）得到了蓬勃发展，CFD技术已成为水动力、气动力学分析的基础性关键技术，在航空航天、船舶汽车等领域得到了广泛的验证与应用。而很多实际工程问题会涉及到几何变形或多体相对运动的飞行器动态运动流场分析，如襟副翼偏转、起落架收放、武器分离等，动态网格技术是CFD非定常流场计算的一项重要工作。随着边界的运动，每个时间步的流场计算网格都需要更新以适应时间变化的流场计算域。

针对这类有大幅度相对运动的问题，嵌套网格技术成为一种解决运动边界问题的途径。嵌套网格把流场计算域适当地划分为多个具有重叠部分的区域，各个区域分别生成独立的网格并在其上求解，在重叠区上通过网格间插值进行区域间信息交换。而实现信息交换的前提是先将嵌套网格装配起来，使重叠区域上的网格单元在其他网格系统中找到宿主单元才能建立起插值关系，该搜索任务量通常是非常巨大的，宿主单元搜索是嵌套网格装配的主要负担，严重影响CFD数值模拟效率。

在流体力学技术领域，现有的算法存在效率低、稳健性差等问题。目前常用的宿主单元搜索算法包括逆映射法、蛇形法和基于交替数字树（ADT，二叉树）的搜索算法。其中，ADT树是一种高效的存储和查找几何元素的数据结构，其将几何元素描述为超维空间中的超维坐标，树中每一个存储几何元素的节点表征一定的超维空间区域，从根节点开始往下，其空间区域以递归的方式被交替地在各个超维空间方向上一分为二，宿主搜索时也以递归逐级地方式进行，从而提高效率。相比其他方法而言具有较高的鲁棒性和精度。但当处理大规模网格时，会使得ADT的树结构极不均衡，且树的深度会急剧增加，严重降低了搜索宿主单元的效率。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种飞行器动态流场分析中高效的嵌套网格宿主单元搜索方法，在保证精度和稳健性的同时，可以极大程度上提高基于ADT树的搜索算法的效率，加速嵌套网格的装配过程，进而缩短飞行器动态运动过程的数值模拟时间，缩短飞行器设计、分析和研发周期。

本发明包括以下步骤：

S10、基于工程对象几何模型，生成N套相互嵌套的流体计算网格，流体计算网格可以是任意类型，如四面体、六面体、多面体等。

S20、计算每个网格单元的边界盒大小，并统计每套网格的最大边界区域，对于每个网格单元，其边界盒大小的计算方法为，循环网格单元中的网格节点，由其坐标(xyz)确定边界盒的三个轴向的最小最大坐标：。由每个边界盒的坐标，确定整套网格的区域大小，是一个最小坐标点位于的逻辑立方体。

S30、判断是否为整套网格建立Bookkeeping ADT，是则执行步骤S31，否则执行步骤S32；