《三維氣動力/熱/結構緊耦合關鍵算法研究》是依託浙江大學，由季廷煒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三維氣動力/熱/結構緊耦合關鍵算法研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：季廷煒
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了準確模擬高超聲速飛行中存在的氣動力/熱/結構的耦合現象，本項目擬研究採用緊耦合方法將研究團隊開發的空氣動力學和結構動力學計算代碼耦合起來。首先，研究耦合區域不同格線相鄰單元之間的快速搜尋算法，完成流體/結構格線的映射；然後，針對映射格線需要相互傳輸的耦合量，研究實現流體/結構多物理場數據傳輸及插值算法；研發流體/結構單個時間步長內並行計算的控制算法，擴展自主智慧財產權的高端數字樣機（HEDP）的求解模組，從而實現三維氣動力/熱/結構耦合計算。利用雙橢球、空天飛機標模的實驗數據研究耦合收斂標準的選擇；通過對大量高超聲速飛行器結構熱防護的設計方案的計算確保關鍵技術處理方法和算法的準確性和可靠性；基於耦合計算對結構熱防護中的幾何尺寸進行研究。通過上述研究，建立三維氣動力/熱/結構緊耦合關鍵算法和具體實施技術，為高超聲速飛行器三維氣動力/熱/結構耦合軟體的開發奠定基礎。
結題摘要
臨近空間高超聲速飛行器在長時間飛行過程中，氣動力、熱和結構及材料等因素緊密耦合，衍生的科學問題複雜多變，呈現出強烈的多樣性與非線性特徵。與之相關的研究越來越依賴於力學、熱學和材料科學等多個學科的交叉與融合，同時為數值模擬技術的進一步發展提供了機遇和挑戰。目前，工程上主要將同時影響結構熱防護性能的氣動、結構和熱等學科割裂開來進行設計，並沒有充分考慮各個學科之間的耦合可能產生的協同效應。因此，只有把氣動力、熱、結構多物理場耦合起來，才能準確獲得流場、表面熱流和結構溫度場的變化歷程，為高超聲速飛行器結構材料熱防護一體化設計提供技術支撐。 為了應對傳統緊耦合方法在計算精度、效率、穩定性上的困難，開發耦合程度更高的面向高超聲速飛行器結構熱防護設計套用的三維氣動力/熱/結構緊耦合關鍵算法將是本項目的研究重點。完成了相應的工作內容： （1）針對研究團隊開發的空氣動力學和結構動力學計算代碼，研究耦合區域不同格線相鄰單元之間的快速搜尋算法，完成流體/結構格線的映射； （2）針對映射格線需要相互傳輸的耦合量，研究實現流體/結構多物理場數據傳輸及插值算法； （3）研發流體/結構單個時間步長內耦合計算的控制算法，從而實現三維氣動力/熱/結構耦合計算； 取得的創新成果主要有： （1）格線節點的快速搜尋算法的選擇和程式實現，即採用Link-List算法實現節點搜尋，同時實現了溫度、熱流密度等場數據的插值和傳輸，完成了兩套格線單元間的映射； （2）氣動/熱/結構耦合量和收斂標準的選擇，即以結構表面的溫度、氣動壁面的熱流為耦合數據，以壁面溫度和結構表面溫度之差為收斂標準； （3）完成了氣動力/熱/結構多物理場耦合軟體框架的搭建，實現了流體與結構兩套計算軟體間的耦合計算。 在此基礎上，並將研發的算法集成在自主研發的高端數字樣機HEDP上，實現三維氣動力/熱/結構耦合計算，將其用於研究高超聲速飛行結構熱防護問題，提供更為豐富的流場、應力場以及溫度場的細節。
