一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法与流程

本发明属于飞行器风洞试验气动载荷数据处理，具体涉及一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法。

背景技术：

1、飞行器风洞试验气动载荷数据处理、模型表面压力场重构技术领域，具体涉及一种全机测压风洞试验工况下，基于表面曲率特征自适应采样、载荷积分力精度约束的最小规模密集载荷表征基准网格生成方法。

2、在飞行器全机测压风洞试验过程中，受飞行器试验模型内部狭小空间约束、测压管路敷设空间限制、压力传感器结构安装空间等多重客观条件制约，试验测压点无法在飞行器全机表面实现全域高密度布设，仅能够在机身、机翼、尾翼等关键气动载荷典型区域进行稀疏化点位布置。因此，全机测压风洞试验最终仅能获取有限稀疏测点位置的离散压力数据，再通过 cfd 数值仿真全域密集压力场作为先验基础，结合多种插值方法对稀疏试验测点压力进行拟合修正与全域延展，或近年来部分研究逐步引入机器学习算法构建数值仿真数据与试验实测数据的非线性关联模型，作为压力场重构的补充技术手段，最终实现全机表面密集压力分布等效重构。

3、飞行器总体设计单位在开展后续结构设计与下游专业模型结构强度校核、刚度验算、疲劳载荷分析等工作时，必须依托全机表面精细化、完整化的气动密集载荷分布数据作为输入边界条件，并对其进行数据存储、传输与工程交付、数据归档与对接交付等环节。若基准网格测点数量过少，则无法精准表征飞行器表面局部载荷剧烈变化区域的压力梯度特征，载荷积分计算精度差，无法满足结构强度校核工程精度要求；若基准网格测点数量过多，网格节点数量庞大，占用大量存储资源，数据传输效率低，下游结构专业载荷加载计算周期长、硬件算力消耗高。

4、因此亟需一套兼顾气动载荷表征精度最优与网格节点数量最少的标准化基准网格构建方法，结合飞行器表面几何曲率分布特征开展自适应网格节点采样优化，通过气动载荷积分量化误差约束机制筛选满足工程精度阈值的最小网格规模。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是兼顾实现气动载荷表征精度最优与网格节点数量最少，提出一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，包括如下步骤：

4、s1. 飞行器数模预处理与全域网格基础构建：将飞行器全机数学模型输入到网格划分软件，依据cfd数值计算标准完成全机表面三角形面网格剖分与内部体网格生成；

5、s2. 极简仿真计算与表面网格节点坐标提取：将步骤s1得到的体网格导入流体仿真软件开展单步基础流体计算，计算完成后提取全机表面各网格节点坐标数据，以及每个三角形面元节点序号；

6、s3. 表面几何特征参数全域解算：基于步骤s2提取的节点坐标数据与面元节点序号，进行全域解算核心几何特征参数，包括各三角形面元中心点坐标、面元面积、面元单位法向矢量及面元高斯曲率特征参数；

7、s4. 曲率自适应概率节点随机采样处理：依据步骤s3得到的面元高斯曲率特征参数设定节点抽取概率，节点抽取概率与表面曲率数值呈正比例关系，通过预设权重公式计算各网格节点的随机采样概率；

8、s5. 载荷积分计算与精度对比基准标定：按照步骤s4建立的曲率自适应概率节点随机采样处理方法，开展多组不同数量网格节点的随机采样；对各组采样网格节点分别进行全机法向力系数积分计算；然后将原始密集全域网格节点对应的法向力系数积分结果作为真值基准，统计不同采样网格数量对应的积分误差；

9、s6. 精度阈值约束筛选最小基准网格规模：逐步递减网格节点采样数量，跟踪法向力系数积分误差变化；以全机法向力系数积分误差不超过0.001量级为精度约束阈值，筛选满足精度要求前提下网格节点数量最少的网格拓扑结构，得到表征全机密集载荷分布的基准网格。

10、进一步的，步骤s1中设置面网格数量及加密要求符合cfd常规标准，体网格满足计算求解无报错基础要求。

11、进一步的，步骤s3的具体实现方法包括如下步骤：

12、s3.1. 计算各三角形面元中心点坐标；

13、s3.2. 构建面元相邻边空间向量，通过向量叉乘计算面元面积；

14、s3.3. 基于向量叉乘归一化求解面元单位法向矢量；

15、s3.4. 遍历各三角形面片，选取相邻 20 个关联节点，采用最小二乘法拟合二次曲面方程，计算各三角形中心点对应的高斯曲率特征参数，完成全域面元高斯曲率特征解算。

16、进一步的，步骤s4中网格节点的随机采样概率的计算公式为：

17、

18、其中，为第i个网格节点的随机采样抽取概率；为第i个网格节点关联的面元高斯曲率特征参数；为模型表面所有面元高斯曲率特征参数的总和。

19、进一步的，步骤s5中全机法向力系数积分的计算公式为：

20、

21、其中，为全机法向力系数，为第i个网格压力矢量，为第i个网格压力系数，为第i个网格面积，为第i个网格法向矢量，为风洞试验对应动压，为全机缩比后参考面积。

22、本发明的有益效果：

23、本发明所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，采用表面曲率特征与节点采样概率正相关的自适应采样机制，搭配专属量化计算公式实现载荷突变区域网格节点自然加密、载荷平缓区域网格节点自动精简，兼顾局部载荷表征精度与整体网格轻量化需求，克服传统均匀降采样网格精度适配性差的缺陷。

24、本发明所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，通过设定固定0.001量级积分误差量化约束阈值及对应判定公式，定量筛选最小网格规模，基准网格生成标准统一、工程可复现性强，适配飞行器全机结构强度校核标准化载荷输入要求。

25、本发明所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，生成的基准网格可直接替代原始稀疏测点网格与全域密集网格，压力数据仅需存储基准网格网格坐标及对应压力数据，大幅降低存储资源占用，减少数据传输与载荷加载计算算力消耗，工程实用性强。

26、本发明所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，适配机器学习压力场重构后的全域密集压力数据归一化存储与交付场景，为全机测压风洞试验载荷数据标准化流转、下游结构专业协同设计提供统一基准载体。

1.一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，其特征在于，步骤s1中设置面网格数量及加密要求符合cfd常规标准，体网格满足计算求解无报错基础要求。

3.根据权利要求2所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，其特征在于，步骤s3的具体实现方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，其特征在于，步骤s4中网格节点的随机采样概率的计算公式为：

5.根据权利要求4所述的一种表征密集载荷分布的基准网格生成方法，其特征在于，步骤s5中全机法向力系数积分的计算公式为：