本發(fā)明屬于航天系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法。

背景技術(shù)：

1、在級(jí)間分離過(guò)程仿真中，存在被稱為“接觸分離”的問(wèn)題。在級(jí)間殼段導(dǎo)爆索切割殼體之前，級(jí)間段為密閉環(huán)境，上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火并且堵片打開(kāi)后，噴流進(jìn)入封閉級(jí)間段，會(huì)導(dǎo)致壓力快速上升；當(dāng)導(dǎo)爆索切割后，拋片和上、下面級(jí)之間才會(huì)出現(xiàn)縫隙，此時(shí)拋片徑向飛離、下面級(jí)向后推出。但對(duì)于目前流體仿真軟件中常見(jiàn)的重疊網(wǎng)格技術(shù)來(lái)說(shuō)，壁面之間若發(fā)生相切或相交，將導(dǎo)致本來(lái)作為保留邊界的壁面邊界被切割，將影響需保留網(wǎng)格的搜索；此外還會(huì)導(dǎo)致保留網(wǎng)格出現(xiàn)本是內(nèi)部搭接邊界，其周?chē)鷧s沒(méi)有網(wǎng)格的情況。

2、仿真中若選擇直接忽略初始接觸保持縫隙仿真，在憋壓過(guò)程中不斷有氣體從縫隙中泄出，從而導(dǎo)致級(jí)間壓力仿真低于真實(shí)情況。此前常用的方法是生成兩套網(wǎng)格，第一套無(wú)縫隙進(jìn)行憋壓過(guò)程計(jì)算，等到達(dá)切割時(shí)間時(shí)再將結(jié)果插值到第二套有縫隙的背景+嵌入網(wǎng)格中。這樣的做法需要生成兩套網(wǎng)格，縫隙附近會(huì)產(chǎn)生插值誤差和非物理現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，避免了插值誤差、搭接錯(cuò)誤和產(chǎn)生流動(dòng)泄露的問(wèn)題。

2、本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，包括：通過(guò)幾何建模軟件對(duì)預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型進(jìn)行處理得到處理后的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型中的各運(yùn)動(dòng)部件之間的分離面位置；將處理后的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型中的各運(yùn)動(dòng)部件輸出為cfd網(wǎng)格生成軟件能夠識(shí)別的幾何文件；將每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)應(yīng)的幾何文件輸入到cfd網(wǎng)格生成軟件中，cfd網(wǎng)格生成軟件輸出每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的流體計(jì)算網(wǎng)格；將每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的流體計(jì)算網(wǎng)格和預(yù)設(shè)的背景網(wǎng)格導(dǎo)入cfd仿真軟件中，進(jìn)行切割得到重疊網(wǎng)格；在cfd仿真軟件中，對(duì)重疊網(wǎng)格設(shè)置物理邊界條件；在cfd仿真軟件中對(duì)設(shè)置物理邊界條件的重疊網(wǎng)格進(jìn)行迭代計(jì)算；當(dāng)?shù)倳r(shí)間到達(dá)各運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻時(shí)，停止計(jì)算，并重新設(shè)置縫隙對(duì)應(yīng)曲面邊界條件為流體可穿透界面邊界條件，再重啟迭代計(jì)算。

3、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，得到處理后的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型中的各運(yùn)動(dòng)部件之間的分離面位置包括：若運(yùn)動(dòng)部件幾何模型的相鄰兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的分離面為有預(yù)設(shè)寬度的縫隙，則對(duì)該縫隙通過(guò)幾何建模軟件建立新的曲面，該曲面不應(yīng)和相鄰的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件融合為一個(gè)實(shí)體，而是僅作為獨(dú)立存在的曲面；若運(yùn)動(dòng)部件幾何模型的相鄰兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的分離面本身無(wú)寬度，明確運(yùn)動(dòng)部件幾何模型的相鄰兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件分離后會(huì)產(chǎn)生的真實(shí)縫隙位置和寬度，并通過(guò)幾何建模軟件將運(yùn)動(dòng)部件幾何模型的相鄰兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行分割，將縫隙處的曲面獨(dú)立出來(lái)。

4、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，在處理后的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型中，所有分離端面間的縫隙都存在曲面。

5、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，輸出為cfd網(wǎng)格生成軟件能夠識(shí)別的幾何文件時(shí)，將每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件涉及的所有分離端面間的縫隙所對(duì)應(yīng)的曲面一并輸出。

6、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的流體計(jì)算網(wǎng)格包括兩部分網(wǎng)格，第一部分網(wǎng)格為運(yùn)動(dòng)部件邊界與縫隙外包絡(luò)所生成的網(wǎng)格，第二部分網(wǎng)格為運(yùn)動(dòng)部件分離端面與縫隙之間所生成的網(wǎng)格。

7、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，縫隙的曲面作為流體計(jì)算網(wǎng)格的內(nèi)部邊界。

8、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，預(yù)設(shè)的背景網(wǎng)格為所有運(yùn)動(dòng)部件所在的環(huán)境空間對(duì)應(yīng)網(wǎng)格。

9、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，在切割過(guò)程中縫隙對(duì)應(yīng)的曲面不參與重疊網(wǎng)格切割，此時(shí)各運(yùn)動(dòng)部件的縫隙對(duì)應(yīng)的曲面會(huì)形成相互搭接的形式。

10、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，重疊網(wǎng)格的物理邊界條件包括：重疊網(wǎng)格常規(guī)邊界條件和縫隙對(duì)應(yīng)曲面邊界條件。

11、上述適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法中，將縫隙對(duì)應(yīng)曲面邊界條件設(shè)置為固體壁面，此時(shí)縫隙內(nèi)部形成封閉空間，流動(dòng)無(wú)法進(jìn)出該區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件分離前無(wú)流動(dòng)泄露。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

13、（1）本發(fā)明僅使用一套網(wǎng)格即可實(shí)現(xiàn)接觸分離前與分離后仿真，并且避免了插值誤差、搭接錯(cuò)誤和產(chǎn)生流動(dòng)泄露的問(wèn)題；

14、（2）本發(fā)明省去了生成第二套計(jì)算網(wǎng)格的時(shí)間成本，不會(huì)發(fā)生流動(dòng)泄露，憋壓階段級(jí)間段典型位置壓力預(yù)測(cè)結(jié)果提升百分之20以上。

技術(shù)特征：

1.一種適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：得到處理后的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型中的各運(yùn)動(dòng)部件之間的分離面位置包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：在處理后的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型中，所有分離端面間的縫隙都存在曲面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：輸出為cfd網(wǎng)格生成軟件能夠識(shí)別的幾何文件時(shí)，將每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件涉及的所有分離端面間的縫隙所對(duì)應(yīng)的曲面一并輸出。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的流體計(jì)算網(wǎng)格包括兩部分網(wǎng)格，第一部分網(wǎng)格為運(yùn)動(dòng)部件邊界與縫隙外包絡(luò)所生成的網(wǎng)格，第二部分網(wǎng)格為運(yùn)動(dòng)部件分離端面與縫隙之間所生成的網(wǎng)格。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：縫隙的曲面作為流體計(jì)算網(wǎng)格的內(nèi)部邊界。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：預(yù)設(shè)的背景網(wǎng)格為所有運(yùn)動(dòng)部件所在的環(huán)境空間對(duì)應(yīng)網(wǎng)格。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：在切割過(guò)程中縫隙對(duì)應(yīng)的曲面不參與重疊網(wǎng)格切割，此時(shí)各運(yùn)動(dòng)部件的縫隙對(duì)應(yīng)的曲面會(huì)形成相互搭接的形式。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：重疊網(wǎng)格的物理邊界條件包括：重疊網(wǎng)格常規(guī)邊界條件和縫隙對(duì)應(yīng)曲面邊界條件。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，其特征在于：將縫隙對(duì)應(yīng)曲面邊界條件設(shè)置為固體壁面，此時(shí)縫隙內(nèi)部形成封閉空間，流動(dòng)無(wú)法進(jìn)出該區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件分離前無(wú)流動(dòng)泄露。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于運(yùn)動(dòng)部件接觸分離問(wèn)題的流場(chǎng)仿真方法，包括：得到處理后的運(yùn)動(dòng)部件幾何模型中的各運(yùn)動(dòng)部件之間的分離面位置；將每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)應(yīng)的幾何文件輸入到CFD網(wǎng)格生成軟件中，CFD網(wǎng)格生成軟件輸出每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的流體計(jì)算網(wǎng)格；將每個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的流體計(jì)算網(wǎng)格和預(yù)設(shè)的背景網(wǎng)格導(dǎo)入CFD仿真軟件中，進(jìn)行切割得到重疊網(wǎng)格；在CFD仿真軟件中，對(duì)重疊網(wǎng)格設(shè)置物理邊界條件；在CFD仿真軟件中對(duì)設(shè)置物理邊界條件的重疊網(wǎng)格進(jìn)行迭代計(jì)算；當(dāng)?shù)倳r(shí)間到達(dá)各運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻時(shí)，停止計(jì)算，并重新設(shè)置縫隙對(duì)應(yīng)曲面邊界條件為流體可穿透界面邊界條件，再重啟迭代計(jì)算。本發(fā)明避免了插值誤差、搭接錯(cuò)誤和產(chǎn)生流動(dòng)泄露的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：尹宇輝,吳亞?wèn)|,關(guān)興太,謝玨帆,洪蓓,寧雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京宇航系統(tǒng)工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30