[发明专利]一种模拟临近空间飞行器气动力数据的方法、系统、装置及介质

权利要求书

1.一种模拟临近空间飞行器气动力数据的方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取飞行器外形几何参数和气体流动信息；基于所获取的飞行器外形几何参数和气体流动信息，构建飞行器的物理网格；

步骤2：基于纳维-斯托克斯求解器，获取相邻物理网格之间的宏观通量；

步骤3：基于竞争权重机制，对物理网格中的粒子进行处理，获取未参与碰撞粒子；

步骤4：基于未参与碰撞粒子的自由迁移，统计未参与碰撞粒子流入相邻物理网格的数量，获取粒子求解器的通量；

步骤5：基于相邻物理网格之间的宏观通量和粒子求解器的通量，获取相邻物理网格之间的界面总通量；

步骤6：基于相邻物理网格之间的界面总通量，对物理网格中的物理量进行更新；

步骤7：基于物理网格中的物理量得到流场密度；将步骤2和步骤6视为一个时间步，重复步骤2到步骤6，直至相邻时间步所得到的流场密度小于所设定的阈值；

步骤8：输出模拟流场和流动特征参数。

2.根据权利要求1所述的模拟临近空间飞行器气动力数据的方法，其特征在于，在获取相邻物理网格之间的宏观通量之前，还包括：

基于气体的流动特性设置初始流场、状态参数和边界条件；

所述气体的流动特性包含气体种类、流动速度、温度和密度；状态参数包含代码里对应的无量纲速度、温度、密度、努森数、比热比、热度系数；边界条件包含入口边界、出口边界和固壁边界。

3.根据权利要求2所述的模拟临近空间飞行器气动力数据的方法，其特征在于，所述基于竞争权重机制，对物理网格中的粒子进行处理，获取未参与碰撞粒子，具体为：

基于竞争权重机制，获取参与碰撞粒子权重系数；

基于物理网格中粒子数量和参与碰撞粒子权重系数，获取物理网格中参与碰撞粒子的数量；

基于物理网格中粒子数量和参与碰撞粒子的数量，获取未参与碰撞粒子。

4.根据权利要求3所述的模拟临近空间飞行器气动力数据的方法，其特征在于，所述基于竞争权重机制，获取参与碰撞粒子权重系数，具体为：

其中：f为粒子速度分布函数，g为平衡态粒子速度分布函数，x为粒子坐标，ξ为粒子速度，c_vis为尺度相关系数，f(x，ξ，t)表示粒子的碰撞和输运的权重系数；f(x-Δξt，ξ，0)为自由迁移粒子速度分布函数，为参与碰撞粒子速度分布函数；

其中，c_vis、w_free和w_hydro分别为：

其中，ω_free为粒子求解器权重，ω_hydro为纳维-斯托克斯求解器权重，Δt为时间步，τ为松弛时间。

5.根据权利要求4所述的模拟临近空间飞行器气动力数据的方法，其特征在于，所述基于未参与碰撞粒子的自由迁移，统计未参与碰撞粒子流入相邻物理网格的数量，获取粒子求解器的通量；具体为：

所述相邻物理网格之间存在分界面；将穿过分界面的未参与碰撞粒子的数量进行统计，得到粒子求解器的通量。

6.根据权利要求5所述的模拟临近空间飞行器气动力数据的方法，其特征在于，所述相邻物理网格之间的宏观通量和粒子求解器的通量，获取相邻物理网格之间的界面总通量；具体为：

将相邻物理网格之间的宏观通量与参与碰撞粒子权重系数相乘后，所获取的结果与粒子求解器的通量相加，获取相邻物理网格之间的界面总通量。