多场耦合信息交互及网格变形技术研究

摘要

高超声速飞行器的研究在如今已经成为了一个研究热点，其中关于空气与飞行器之间因强烈摩擦而出现的气动加热现象引发的气动热与热防护结构设计是其中最为关键的一个环节之一。由于飞行器长时间和高速度的飞行，气动加热使得飞行器表面出现强烈的加热效应，而加热效应又会使得结构温度升高，温升产生的应力又会使得结构的外形发生改变，结构外形的改变又会使得气动外形改变，从而使得飞行器表面的热环境又会受到影响，因此在飞行器表面将会出现特别强烈的多场耦合效应。为了准确地对飞行器在飞行过程中的热流等参数进行模拟，为气动热防护结构设计提供参考，必须开展气动力/热/结构的多场耦合计算。而多场耦合计算过程中为解决不同场之间网格不一致性的信息交互方法和为解决气动外形改变引发的网格变形问题成为了两大关键点。
　　为此，本文就信息交互技术在对国内外研究现状的基础之上，对常见的映射点方法、CVT方法、IDW方法、MQ方法、IMQ方法和RBF方法进行比较，从中优选出一种能够很好适用于气动力/热/结构的多场耦合计算的信息交互方法。此外，本文还针对目前比较常见的网格变形方法开展了精度与效率方面的比较性研究，从中优选出了一种适合多场耦合计算的网格变形方法，考虑到背景网格在DG和DG-RBF网格变形方法中的依赖作用，本文专门通过二维翼型NACA0012网格变形算例对DG和DG-RBF方法进行了背景网格依赖性研究。为了对所选出的方法进行应用，本文选取一二维烧蚀算例进行验证，计算结果表明其与实际情况较为吻合，所选定方法适用于多场耦合计算。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究工作的背景和意义

1.2 信息交互方法国内外研究现状

1.3 网格变形方法国内外研究现状

1.4 本文研究内容

2 信息交互及网格变形方法

2.1 信息交互方法

2.1.1 多场耦合信息交互基本原理

2.1.2 信息交互方法的原理

2.2 网格变形方法

2.2.1 弹簧法

2.2.2 弹性体法

2.2.3 Delaunay映射图法

2.2.4 径向基函数方法

2.2.5 Delaunay背景图与RBF相结合的网格变形方法

2.3 小结

3 基础算例测试研究

3.1 信息交互方法方法基础算例测试

3.2 网格变形算例验证考核

3.2.1 矩形网格变形算例

3.2.2 30P30N三段翼型网格变形算例

3.2.3 背景网格依赖性测试算例

3.3 小结

4 多场耦合实现及工程算例验证

4.1 表面信息交互模块

4.2 网格变形模块

4.3 工程算例验证

4.4 小结

总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文