非结构旋转动态嵌套网格技术及其应用
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同样 为 了 阐述方 便 ， ４给 出 了稀疏 的 二维 嵌 图 套 网格 图 ， 图中加 粗 的三 角 形 单元 均 为运 动 区 网格
动边界 的非定 常问题进行数 值模拟 。 关 键 词： 非结 构 网格 ， 套 网格 ， 转边界 ， 动 区子域 ， 止 区子域 ， 定常 流动 嵌 旋 运 静 非 中图分 类号 ： ２ １３ Ｖ １． 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ０２ ５ （ ０ １ ０ －１ １０ １０ － ８ ２ １ ） ２０ ７ －５ ７
１ 非 结 构 旋 转 动 态 嵌 套 网格 系统
为 了阐述 方便 ， 以二 维计 算模 型 为例 ， 图 １所 如
示 ， 外形 是一 种 颤振激 励 系统 的二 维简化 外形 ， 该 由 Ｎ Ｃ ０ １ 型 和 位 于 其 后 的一 个 开 缝 圆 环组 成 。 Ａ Ａ ０ ２翼 在 该系 统工 作 的过 程 中 ， 缝 圆 环绕 中心 点 做 旋转 开
１ １ 嵌 套 网格 建立 方法 的 改进 ．
文献［ ］ ９ 是采 用 “ 先统 一 生成 整 体 网格 ， 后再 然
分区” 的策 略 生 成 嵌 套 网 格 ， 上 述 二 维模 型建 立 对 的嵌 套 网格 情 况 如 图 ２所 示 ， 区 人 工 边 界 （ 两 加粗
黑线 ） 间 的 网格 即 为重 叠 区 网格 。文献 ［ 的子 之 ９］
态结 构 化网格 时 提 出来 的 ， 来 发 展 了结 构 化 动 态 后 嵌套 网格 技术 ， 而 可 以有 效地 解 决 诸 如 旋翼 、 从 螺旋 桨等旋 转 类相 对运 动 问题 。 非结 构 网 格 以其 强 大 的 处 理 复杂 外 形 的 优点 ，
图 １ 颤振激励装置的二维计算模型
在旋转 类非 定 常 问题 中也 得 到 了越来 越 多 的应 用 ，
文 献 ［ ， ］ 用非 结 构 网格 对旋 翼 前 飞 、 翼／ 身 ７８ 采 旋 机 干扰 等问题 进 行 了数 值 模 拟 ， 得 了较 好 的 效 果 。 取 文献［ ］ ９ 在早期 的研究 工 作 中 已经成 功 地 采 用非 结
形 状 并不 是规 则 的 圆 ， 尤其 当整 体 网格质 量不 高时 ，
收稿 日期 ：０ ００ － ２１－ ０ ４ ５
基金项 目： 中国博 士后 科学基金 （０ ０４ １６ ） 重点实 验室基金 资助 ２ １０ ８ ３ ８ 、
作者 简介 ： 许和勇 （ ９Ｏ ） 西北工业 大学博士后 ， １８ 一 ， 主要从事 计算 空气动力学研究 。
程 对二 三维带旋 转运动边界 的非定 常 问题 进行 了数值模 拟 。将计 算 区域 划分 成 包含 旋 转运动 边 界 的运动 区子域 和覆盖 其它静止 边界的静 止 区予域 ， 以人 工边界 和 约束 线 （ 作 为约 束条件 生成 整 面）
体计 算网格 ， 而根 据设置 的人工 边界 完成嵌 套 网格 的建 立 。对翼 型绕 流 、 进 旋 机 身干扰 流 场 以及 颤振激励 系统绕 流进行 了验证计 算 ， 结果与 实验 值相一致 ， 明 了文 中方法 能够 有效地 对 带有旋转运 表
动 态 网格 技术 对 处理 包 含物体 变形 及 物体 间相 对运 动 的问题 具有 重要 的意义 。动 态 网格方 案 主要 有三 种 ， 分别为 动 态变形 网格 、 新 生成 网格 和 动态 重
嵌 套 网格 … 。动 态 变 形 网 格 方 法 包 括 适 合 结 构 网 格 的超 限插 值 方法 Ｊ 以及 适 用 于 非 结 构 网格 的 弹 ，
非 结 构 旋 转 动 态 嵌 套 网格 技 术及 其应 用
许 和 勇 ，叶 正 寅
（ 西北工业大学 翼 型叶栅空气动力学 国防科技重点实验 室 ， 陕西 西安 ７０ ７ ） １０ ２
摘
要： 发展 并改进 了一套基 于非结构 网格 的旋转动 态嵌套 网格 方 法 ， 过数值 求 解 Ｎ ｖｅ．ｔ ｅ 方 通 ａｉ Ｓｏ ｓ ｒ ｋ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
构 嵌套 网格 计算 了旋 翼 前 飞非 定 常流 场 ， 文 将 在 本 前 期工作 的基础 上 ， 非 结 构 嵌 套 网 格 的建 立 方 法 对
进行适当改进 ， 发展 了一套鲁棒性更 高的非结构旋
转 动态嵌 套 网格技 术 ， 并且 给 出相关 的应 用 实例 。
域网格建立方法 中， 虽然设定的人工边界是圆， 但是 由于 非结 构 网格 的 不规 则 性 ， 最终 得 到 的人 工边 界
２ １ 年 ４月 ０１
西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＮｏ ｔｗｅ ｔｒ ｏｙｅ ｈ ｉａ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｒ ｏ ｈ ｓ ｎ Ｐ ｌ ｔｃ ｎｃ ｌＵｎｖ ｒ ｉ ｅ ｙ
Ａｐ ． ｒ
２ １ ０１
第２ ９卷第 ２ 期
Ｖ＿Ｉ２９ ０ ． Ｎｏ ２ ．
・
ｌ２・ ７
西 北
工 业
大
学
学
报
第２ ９卷
甚 至会发 生两 区 的人 工边 界 出现 相交 的情 况 ， 是 这 嵌套 网格方 法 中所 不允 许 的 ， 会使 得 在 动 态嵌 套 它
嵌套网格方法中的一个关键技术是如何迅速、 准 确地确 定待 插值点 的插值 贡献 单元 位置 。对 于本 文的非结构旋转嵌套 网格方法 ， 子域网格建立方法 的特殊性 使得插 值 贡 献单 元 的搜 寻过 程 变 得 快速 、 高效 。
簧方 法 ， 主要适 用 于 小 变 形 问 题 。重 新 生 成 网 格
方 法 适 用 于 求 解 物 体 间 存 在 较 大 范 围 的相 对 运
运 动 ， 而 改变 翼 型周 围的空 气流 动 ， 生周 期性 气 从 产
动力 。
¨ —●
动 问题 ， 例如 外 挂物投 放 等 ， 是 它需 要在 每一 个计 但 算 时刻 都进行 插 值 ， 生 网格 也 比较 耗 时 。嵌 套 网 重 格 的概念 最初 是 在生 成复 杂 多部 件飞行 器 外形 的静
动边界 的非定 常问题进行数 值模拟 。 关 键 词： 非结 构 网格 ， 套 网格 ， 转边界 ， 动 区子域 ， 止 区子域 ， 定常 流动 嵌 旋 运 静 非 中图分 类号 ： ２ １３ Ｖ １． 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ０２ ５ （ ０ １ ０ －１ １０ １０ － ８ ２ １ ） ２０ ７ －５ ７
１ 非 结 构 旋 转 动 态 嵌 套 网格 系统
为 了阐述 方便 ， 以二 维计 算模 型 为例 ， 图 １所 如
示 ， 外形 是一 种 颤振激 励 系统 的二 维简化 外形 ， 该 由 Ｎ Ｃ ０ １ 型 和 位 于 其 后 的一 个 开 缝 圆 环组 成 。 Ａ Ａ ０ ２翼 在 该系 统工 作 的过 程 中 ， 缝 圆 环绕 中心 点 做 旋转 开
１ １ 嵌 套 网格 建立 方法 的 改进 ．
文献［ ］ ９ 是采 用 “ 先统 一 生成 整 体 网格 ， 后再 然
分区” 的策 略 生 成 嵌 套 网 格 ， 上 述 二 维模 型建 立 对 的嵌 套 网格 情 况 如 图 ２所 示 ， 区 人 工 边 界 （ 两 加粗
黑线 ） 间 的 网格 即 为重 叠 区 网格 。文献 ［ 的子 之 ９］
态结 构 化网格 时 提 出来 的 ， 来 发 展 了结 构 化 动 态 后 嵌套 网格 技术 ， 而 可 以有 效地 解 决 诸 如 旋翼 、 从 螺旋 桨等旋 转 类相 对运 动 问题 。 非结 构 网 格 以其 强 大 的 处 理 复杂 外 形 的 优点 ，
图 １ 颤振激励装置的二维计算模型
在旋转 类非 定 常 问题 中也 得 到 了越来 越 多 的应 用 ，
文 献 ［ ， ］ 用非 结 构 网格 对旋 翼 前 飞 、 翼／ 身 ７８ 采 旋 机 干扰 等问题 进 行 了数 值 模 拟 ， 得 了较 好 的 效 果 。 取 文献［ ］ ９ 在早期 的研究 工 作 中 已经成 功 地 采 用非 结
形 状 并不 是规 则 的 圆 ， 尤其 当整 体 网格质 量不 高时 ，
收稿 日期 ：０ ００ － ２１－ ０ ４ ５
基金项 目： 中国博 士后 科学基金 （０ ０４ １６ ） 重点实 验室基金 资助 ２ １０ ８ ３ ８ 、
作者 简介 ： 许和勇 （ ９Ｏ ） 西北工业 大学博士后 ， １８ 一 ， 主要从事 计算 空气动力学研究 。
程 对二 三维带旋 转运动边界 的非定 常 问题 进行 了数值模 拟 。将计 算 区域 划分 成 包含 旋 转运动 边 界 的运动 区子域 和覆盖 其它静止 边界的静 止 区予域 ， 以人 工边界 和 约束 线 （ 作 为约 束条件 生成 整 面）
体计 算网格 ， 而根 据设置 的人工 边界 完成嵌 套 网格 的建 立 。对翼 型绕 流 、 进 旋 机 身干扰 流 场 以及 颤振激励 系统绕 流进行 了验证计 算 ， 结果与 实验 值相一致 ， 明 了文 中方法 能够 有效地 对 带有旋转运 表
动 态 网格 技术 对 处理 包 含物体 变形 及 物体 间相 对运 动 的问题 具有 重要 的意义 。动 态 网格方 案 主要 有三 种 ， 分别为 动 态变形 网格 、 新 生成 网格 和 动态 重
嵌 套 网格 … 。动 态 变 形 网 格 方 法 包 括 适 合 结 构 网 格 的超 限插 值 方法 Ｊ 以及 适 用 于 非 结 构 网格 的 弹 ，
非 结 构 旋 转 动 态 嵌 套 网格 技 术及 其应 用
许 和 勇 ，叶 正 寅
（ 西北工业大学 翼 型叶栅空气动力学 国防科技重点实验 室 ， 陕西 西安 ７０ ７ ） １０ ２
摘
要： 发展 并改进 了一套基 于非结构 网格 的旋转动 态嵌套 网格 方 法 ， 过数值 求 解 Ｎ ｖｅ．ｔ ｅ 方 通 ａｉ Ｓｏ ｓ ｒ ｋ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
构 嵌套 网格 计算 了旋 翼 前 飞非 定 常流 场 ， 文 将 在 本 前 期工作 的基础 上 ， 非 结 构 嵌 套 网 格 的建 立 方 法 对
进行适当改进 ， 发展 了一套鲁棒性更 高的非结构旋
转 动态嵌 套 网格技 术 ， 并且 给 出相关 的应 用 实例 。
域网格建立方法 中， 虽然设定的人工边界是圆， 但是 由于 非结 构 网格 的 不规 则 性 ， 最终 得 到 的人 工边 界
２ １ 年 ４月 ０１
西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＮｏ ｔｗｅ ｔｒ ｏｙｅ ｈ ｉａ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｒ ｏ ｈ ｓ ｎ Ｐ ｌ ｔｃ ｎｃ ｌＵｎｖ ｒ ｉ ｅ ｙ
Ａｐ ． ｒ
２ １ ０１
第２ ９卷第 ２ 期
Ｖ＿Ｉ２９ ０ ． Ｎｏ ２ ．
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ｌ２・ ７
西 北
工 业
大
学
学
报
第２ ９卷
甚 至会发 生两 区 的人 工边 界 出现 相交 的情 况 ， 是 这 嵌套 网格方 法 中所 不允 许 的 ， 会使 得 在 动 态嵌 套 它
嵌套网格方法中的一个关键技术是如何迅速、 准 确地确 定待 插值点 的插值 贡献 单元 位置 。对 于本 文的非结构旋转嵌套 网格方法 ， 子域网格建立方法 的特殊性 使得插 值 贡 献单 元 的搜 寻过 程 变 得 快速 、 高效 。
簧方 法 ， 主要适 用 于 小 变 形 问 题 。重 新 生 成 网 格
方 法 适 用 于 求 解 物 体 间 存 在 较 大 范 围 的相 对 运
运 动 ， 而 改变 翼 型周 围的空 气流 动 ， 生周 期性 气 从 产
动力 。
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动 问题 ， 例如 外 挂物投 放 等 ， 是 它需 要在 每一 个计 但 算 时刻 都进行 插 值 ， 生 网格 也 比较 耗 时 。嵌 套 网 重 格 的概念 最初 是 在生 成复 杂 多部 件飞行 器 外形 的静