本发明涉及飞行安全性校核验证，尤其是涉及一种冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法。
背景技术：
1、冲击波扫掠飞机气动部件产生的附加气动力扰动量是飞行安全性校核验证中需要考虑的重要因素。爆炸冲击波扫掠时，由于冲击波超压和动压的影响，冲击波传播空域内将出现显著的突风效应和超压时变特征。飞机飞行穿越此空域时，这些特征作用于飞机各个气动部件将产生具有不同空气动力效应主导特征的气动力扰动量，不同部件附加气动力主导特征是冲击波扫掠极端飞行环境下飞机气动部件飞行安全性校核验证工作需要考虑的气动载荷条件。
2、冲击波扫掠和目前飞行安全性校核条件相比存在显著区别。目前飞行安全性校核验证中，主要考虑运动突风对飞行安全性的影响，这类运动突风物理参数具有相对幅值小、能量分散，作用时间较长的特点。而冲击波物理参数变化幅值大、作用时间短、能量集中、瞬态效应明显，因而冲击波扫掠对飞行安全性校核验证提出了存在明显区别的环境要求。
3、数值模拟分析方法是研究冲击波扫掠下飞机部件气动主导特征的实用手段。开展冲击波扫掠飞机气动主导特征研究试验时，若采用实验室试验方法则存在冲击波加载物理场景实现困难、部件气动力测量精度低、壁面反弹干扰明显等问题；若采用飞行试验方法则存在飞行风险高、环境条件控制差异大、试验结果复现困难等问题。而数值模拟计算方法具有研究环境条件明确、冲击波扫掠环境复现性好、飞行物理场景实现简单、部件气动力积分计算准确、无冲击波壁面反弹干扰等优点，因此，为了更好适应冲击波扫掠等极端环境飞行安全性校核验证要求，有必要针对性地提出一种冲击波扫掠下飞机气动力主导特征数值模拟分析方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，以解决上述背景技术中存在的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，包括以下步骤：
3、s1、数值模拟计算前处理；
4、s2、飞机飞行初始流场稳态计算；
5、s3、存储介质要求分析；
6、s4、波阵面扫掠飞机瞬态计算；
7、s5、气动数据处理及主导特征分析。
8、优选的，步骤s1具体为：
9、s11、定义飞机几何模型坐标系，确定坐标原点，完成飞机几何模型点、线、面清理工作，并根据气动力积分计算要求定义飞机部件，其中，为飞机部件数量，且，包括机翼、副翼、升降舵、方向舵、水平安定面和垂直安定面；
10、s12、根据数值模拟仿真要求给定计算域，定义计算域入口、出口及远场边界，并根据数值模拟计算经验给出网格加密区域及加密算法，导出飞机计算模型；
11、s13、加载飞机计算模型几何模型，设置网格处理并行计算方法，针对每个飞机部件气动力及表面压强分辨率要求，设置边线、间隙及小部件网格尺寸，划分所有飞机部件面网格；
12、s14、检查飞机面网格质量，当面网格质量无法满足体网格生成要求通过若干种方法优化网格质量，对于优化过程中各部件边缘或间隙中无法消除的低质量网格进行手动修复；
13、s15、给出边界层网格参数及生长方式、计算域网格类型，给出并行计算介入进程，完成强冲击波扫掠下飞机数值模拟计算三维网格并输出网格文件。
14、优选的，步骤s2具体为：
15、s21、读取计算网格，根据飞机飞行状态流场典型选取稳态计算湍流模型，并计算边界条件参数和大气工质参数；
16、s22、根据计算要求给出稳态计算求解算法和离散格式，设置残差收敛截断条件和松弛因子，完成稳态计算流场初始化；
17、s23、设置收敛监测参数和稳态计算迭代步数，开始飞机初始流场稳态计算；
18、s24、监测稳态计算结果，若监测参数发散则根据计算经验调整参数继续进行计算，若仍不满足要求则检查网格质量并调整网格，完成稳态数值模拟计算并存储飞机流场初始文件。
19、优选的，步骤s3具体为：
20、s31、计算三维网格cfl准则库朗数（）判断ns方程求解稳定性，库朗数表征流体运动流动动能与粘性损耗之比，三维网格库朗数计算方法如下：
21、；
22、其中，为瞬态计算时间步长，对于计算域中第个三维网格，为该三维网格表面数量，为该三维网格体积通量，为该三维网格总表面积，为该三维网格体积；
23、s32、执行测试性瞬态计算，根据cfl准则调整瞬态计算时间步长及瞬态计算时间步数，监测瞬态计算是否达到收敛要求，若未达到收敛要求，则调整瞬态计算参数，继续迭代，直到测试性计算满足收敛要求；
24、s33、根据测试性计算结果文件估算瞬态计算结果所用存储空间，硬盘存储空间不足将导致瞬态计算结果存储溢出而计算中断，存储空间容量（）估算公式如下：
25、；
26、其中，为计算文件需用存储空间，为根据时间步长调整的计算工况数量，为单个计算结果文件存储所用空间，为冗余量，可取1.2，为计算文件数量，为计算结果文件数量， 、均表示计数符号；
27、s34、采用跳板机挂载存储空间大于储存空间容量的mini sas接口高速读写存储阵列，设置数据存盘方式及存储编号，准备挂载超算资源进行瞬态数值仿真计算。
28、优选的，步骤s4具体为：
29、s41、读取步骤s24中的流场初始文件，将稳态计算模式调整为瞬态计算模式，调整湍流模型及相应的离散格式；
30、s42、计算强冲击波环境中监测点位置、监测物理参数，明确监测参数存储格式；
31、s43、给定比矩，根据萨道夫斯基等半经验公式计算冲击波超压及动压物理参数；
32、s44、确定冲击波加载区域及扫掠方向，通过udf强制初始化完成初始流场中冲击波加载；
33、s45、根据步骤s31和步骤s32中的瞬态计算时间步长和瞬态计算时间步数调整瞬态计算控制参数及存储路径，挂载超算资源进行计算并保存数据。
34、优选的，步骤s5具体为：
35、s51、读取保存的数据，设定数据步长，针对飞机部件编写后处理数据分析程序，输出各个飞机部件计算结果文件、、；
36、s52、针对，输出表面压强系数分布随时间变化规律，导出冲击波扫掠下各个飞机部件压强系数变化特征，其中选取点压强系数计算方法如下：
37、；
38、其中，为当地压强随时间变化，为来流压强，为动压随时间变化；
39、s53、针对，冲击波扫掠下其气动力法向系数积分计算采用如下公式：
40、；
41、其中，为气动力合力法向系数，为部件面积，为下表面压强系数，为上表面压强系数；阻力系数、侧力系数及升力系数根据气动力投影关系分别进行投影得到；
42、s54、针对，计算冲击波扫掠下气动力随时间变化，其计算方法如下：
43、；
44、其中，分别为该部件阻力、侧力和升力；
45、s55、针对，冲击波扫掠下其气动力扰动量占比情况计算方法如下：
46、；
47、；
48、；
49、其中，、、分别为冲击波扫掠过程中飞机部件中阻力、侧力和升力增量占比情况；、、分别为冲击波扫掠过程中飞机部件阻力系数、侧力系数和升力系数的时间函数；、、分别为飞机初始扰动状态阻力系数、侧力系数和升力系数；、分别为瞬态计算初始时刻和结束时刻，因气动力符号只表示与定义方向相同或相反，因此各数据取绝对值进行计算。
50、因此，本发明采用上述一种冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，总体计算过程主要分为数值模拟计算前处理、飞机飞行初始流场稳态计算、存储介质要求分析、波阵面扫掠飞机瞬态计算和气动数据处理及主导特征分析五大部分，解决了冲击波扫掠下飞机飞行安全性校核时的问题，能够更好适应冲击波扫掠等极端环境飞行安全性校核验证要求。
51、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求1所述的冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，其特征在于，步骤s2具体为：
4.根据权利要求3所述的冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，其特征在于，步骤s3具体为：
5.根据权利要求4所述的冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，其特征在于，步骤s4具体为：
6.根据权利要求1所述的冲击波扫掠下飞机部件气动力主导特征数值模拟分析方法，其特征在于，步骤s5具体为：
