高超声速飞行器气动热快速计算前置处理研究

论文摘要

随着CAD在工程上的广泛应用,将CAD输出的描述几何外形的数据转换成CFD计算所依据的几何外形数据已成为亟待解决问题。本文结合课题组项目“基于IGES的高超声速飞行器气动热快速计算研究”,对其中的关键技术之一前置处理技术的若干重要问题进行了研究。首先,对复杂外形前置处理技术的国内外发展现状进行系统的分析、归类和整理,明确了符合目前发展趋势的研究方案,即以从IGES文件中提取数据信息为基础的前置处理方案。剖析了IGES文件的整体组织结构、各部分的作用以及它们之间的相互联系,分析了数据文件中几何信息的数据封装原理,建立了适当的数据存储结构,给出了提取数据信息的流程。在此基础上设计了IGES数据接口,实现了对IGES文件数据的提取与转化。分析了NURBES方法的数学原理,实现了IGES中常用曲面模型的离散重构。针对IGES中的曲面模型,研究了曲面与平面求交的算法。并以几何处理的数据信息为基础,根据超声速飞行器绕流流场的特点和数值模拟的要求,初步研究了头部和机身的网格生成方法。总的来说,本文研究得到了一种以从IGES文件中提取数据信息为基础的前置处理方法。并以提取的某飞行器模型数据为例,完成了曲面重构、几何剖分和网格生成。结果表明,本文的方法成功地解决了将CAD输出的描述几何外形的数据转换成CFD计算所依据的几何外形数据的问题。对飞行器复杂外形设计,该方法有着广阔的应用前景,能够很好地满足工程设计的需要,可以作为“高超声速气动热快速计算系统”的不可或缺的一部分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 IGES 数据标准的发展及现状
• 1.3 曲面造型的发展及现状
• 1.4 飞行器网格生成技术的发展及现状
• 1.5 本文的主要工作
• 1.6 本文的创新点
• 第二章 IGES 数据接口设计
• 2.1 IGES 数据标准简介
• 2.1.1 IGES 文件结构
• 2.1.1.1 开始段的结构和信息
• 2.1.1.2 全局参数段的结构和信息
• 2.1.1.3 目录条目段的结构和信息
• 2.1.1.4 参数数据段的结构和信息
• 2.1.1.5 结束段的结构和信息
• 2.1.1.6 各段的作用和相互关系
• 2.1.2 IGES 文件的实体说明
• 2.2 IGES 数据提取与转化
• 2.2.1 IGES 数据存储结构分析及自定义数据结构的建立
• 2.2.1.1 IGES 数据存储结构分析
• 2.2.1.2 点实体数据分析及数据存储结构的建立
• 2.2.1.3 线元实体数据分析及数据存储结构的建立
• 2.2.1.4 面元实体数据分析及数据存储结构的建立
• 2.2.1.5 拓扑实体数据分析及数据存储结构的建立
• 2.2.2 IGES 数据信息的提取
• 2.3 本章小结
• 第三章 文件数据的几何建模处理
• 3.1 基于曲面模型的几何重构
• 3.1.1 NURBS 方法的数学原理
• 3.1.2 曲面的重构
• 3.2 基于曲面模型的几何剖分
• 3.2.1 曲面与平面求交
• 3.2.1.1 NURBS 曲线与平面求交
• 3.2.1.2 NURBS 曲面与平面求交
• 3.2.2 交线的整合
• 3.3 本章小结
• 第四章 飞行器网格生成策略研究
• 4.1 头部网格生成
• 4.2 机身网格生成
• 4.2.1 代数法网格生成研究
• 4.2.1.1 网格正交控制
• 4.2.1.2 加权平均光顺
• 4.2.2 微分方程法网格生成研究
• 4.3 典型截面网格示意图
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 对研究工作的总结
• 5.2 对研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表论文