基于多面體重疊網格的多體分離計算分析

嚴曉雪, 牛健平, 許云濤,2, 李長文

(1. 北京機電工程研究所, 北京 100074; 2. 北京航空航天大學, 北京 100191)

引 言

分離問題是航空航天領域產品研制中經常遇到的重點和難點。由于上面級與下面級之間存在氣動干擾與初始彈射力、 約束力等作用, 流場結構復雜, 分離軌跡多變, 可能造成軌跡干涉和碰撞, 對分離安全產生不可忽視的影響, 因此對分離規(guī)律及其內在機理進行研究顯得尤為重要[1-5]。

目前研究分離的方法主要有飛行試驗、 地面試驗及數(shù)值模擬三大類, 前兩者耗資很大、 準備時間長, 且具有一定的危險性; 而數(shù)值模擬成本低、 耗時短、 獲取的數(shù)據(jù)多, 已成為先期研究不可或缺的重要手段[6-11]。對分離問題進行數(shù)值模擬主要依靠耦合六自由度(6 degrees of freedom, 6-DOF)運動方程和動網格技術的計算流體力學(computational fluid dynamics, CFD)數(shù)值模擬方法[12,13], 網格和數(shù)值方法的選擇對結果影響較大。多面體網格是一種新型非結構網格技術, 相比于傳統(tǒng)的四面體網格, 相鄰單元多、 網格數(shù)量少; 結合重疊網格技術進行分離模擬, 能兼具較高的精度和求解效率[14-16]。

本文基于帶邊界層加密的多面體網格、 重疊網格及剛體六自由度運動方程的CFD數(shù)值模擬方法, 針對某標模外形, 研究初始彈射力對多體分離安全性的影響, 得到一系列規(guī)律性的結論, 對工程實踐具有一定的參考價值。

1 數(shù)值方法及驗證

1.1 研究對象

“機翼-掛架-外掛物(wing/pylon/finned store, WPFS)”模型如圖1所示, 是研究多體分離問題常用的標模之一。在該模型中, 機翼、 掛架靜止不動, 而外掛物為六自由度運動體。……