網(wǎng)格生成

A. 網(wǎng)格劃分指南

本研究旨在根據(jù) HLPW 提供的網(wǎng)格指南創(chuàng)建基線結(jié)構(gòu)化多塊、非結(jié)構(gòu)化、混合和混合重疊中等網(wǎng)格，并用當(dāng)前最佳實(shí)踐補(bǔ)充這些指南。

遠(yuǎn)場(chǎng)表面網(wǎng)格位置指定為距離身體 100 CREF。身體、鼻子和尾巴附近的表面細(xì)胞尺寸要求約為 1.0% CREF。前緣和后緣的弦向間距設(shè)置為每個(gè)元件（縫翼、機(jī)翼和襟翼）測(cè)量的本地裝置弦的大約 0.1%。根部和尖端的跨度間距要求為半跨度的 0.1%。最后，根據(jù)生成的網(wǎng)格級(jí)別設(shè)置后緣上的單元/點(diǎn)的數(shù)量。

 在體積中，建議網(wǎng)格至少有兩層垂直于粘性壁的恒定單元間距，并在網(wǎng)格族級(jí)別的邊界層區(qū)域中使用縮放拉伸比，但值不超過(guò) 1.25。對(duì)于體積網(wǎng)格的其他建議包括在尾流區(qū)域提供額外的細(xì)化（如果可能，使用流對(duì)齊的單元）。縫翼和主翼元件后面的區(qū)域特別令人感興趣，因?yàn)檫吔鐚优c來(lái)自上游元件的尾流的對(duì)流和擴(kuò)散之間存在潛在的相互作用。

B. 非結(jié)構(gòu)化和混合網(wǎng)格生成

使用 Fidelity Pointwise 中的自動(dòng)化工具基于平均等邊邊長(zhǎng)在處理后的幾何體上創(chuàng)建初始三角形表面網(wǎng)格。對(duì)根部和尖端的翼展方向間距以及每個(gè)單元的前緣和后緣的弦向間距進(jìn)行了修改，以符合上一節(jié)中討論的網(wǎng)格化準(zhǔn)則。

應(yīng)用網(wǎng)格化準(zhǔn)則后對(duì)表面網(wǎng)格質(zhì)量的審查首先關(guān)注三角形單元面積比。解決后緣處的高面積比需要在與后緣相鄰的上表面網(wǎng)格和下表面網(wǎng)格上應(yīng)用各向異性三角形。一旦滿足表面網(wǎng)格質(zhì)量并遵守表面網(wǎng)格劃分準(zhǔn)則，就可以對(duì)間隙區(qū)域的表面網(wǎng)格進(jìn)行比較。

根據(jù)情況，在間隙中使用不同的技術(shù)來(lái)改善點(diǎn)和單元的匹配。表面網(wǎng)格的初始處理涉及在每個(gè)單元的 LE 外生長(zhǎng)各向異性三角形，并使用網(wǎng)格化指南中指定的弦向間距。

圖 3. 對(duì)于中型 HL-CRM 網(wǎng)格，顯示了在恒定 Y 切割處圍繞皮瓣的混合網(wǎng)格的兩個(gè)視圖。

表面網(wǎng)格修改完成后，T-Rex 網(wǎng)格劃分算法用于根據(jù)中級(jí)網(wǎng)格的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)從完成的表面網(wǎng)格生成四面體層。第二種類型的中等網(wǎng)格是通過(guò)將邊界層中的各向異性四面體與棱柱相結(jié)合來(lái)創(chuàng)建的，以生成包含棱柱、金字塔和四面體的混合網(wǎng)格。

C. 混合重疊生成

從連續(xù)混合網(wǎng)格開(kāi)始，創(chuàng)建了混合重疊網(wǎng)格。連續(xù)的混合網(wǎng)格按照用戶指定的距離實(shí)體邊界分為近體區(qū)域和離體區(qū)域。混合網(wǎng)格的離體區(qū)域被刪除，并被稱為體素網(wǎng)格劃分的自動(dòng)分層非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分過(guò)程所取代。

圖 4.混合非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格內(nèi)的近體和離體區(qū)域。

通過(guò)將近體網(wǎng)格的邊界面規(guī)定為分層網(wǎng)格劃分過(guò)程的自適應(yīng)輸入，實(shí)現(xiàn)了近體混合網(wǎng)格和離體體素網(wǎng)格之間的適當(dāng)重疊插值模板。可選的后處理步驟將懸掛節(jié)點(diǎn)分層網(wǎng)格轉(zhuǎn)換為四面體、金字塔和六面體元素的完全連接的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，以便與通用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格流求解器一起使用。

重疊網(wǎng)格組件會(huì)切除模型內(nèi)的離體網(wǎng)格部分，并計(jì)算網(wǎng)格之間插值的模板。HL-CRM 模型的重疊網(wǎng)格組裝是通過(guò)與通用重疊網(wǎng)格組裝軟件包 Suggar++ 集成在 Fidelity Pointwise 應(yīng)用程序中進(jìn)行的。Sugar++ 的孔切割直接切割方法和重疊最小化功能顯著減少了裝配過(guò)程中的用戶交互。

D. 結(jié)構(gòu)化多塊網(wǎng)格生成

為了創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化多塊網(wǎng)格，將幾何模型導(dǎo)入 Fidelity Pointwise 中，并通過(guò)與之前描述的不同的程序進(jìn)行網(wǎng)格劃分。導(dǎo)入時(shí)，CAD 中的修剪曲面將提升為 Fidelity Pointwise 中的絎縫實(shí)體。在為中等結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中的拓?fù)渖删W(wǎng)格曲線時(shí)，沿單個(gè)表面邊緣生成多條網(wǎng)格曲線，而不是一條網(wǎng)格曲線。

從拓?fù)涞慕嵌葋?lái)看，該幾何結(jié)構(gòu)具有幾個(gè)對(duì)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格具有挑戰(zhàn)性的特征。創(chuàng)造性的網(wǎng)狀拓?fù)涞氖褂煤芎玫亟鉀Q了這些難題。然而，局部聚類要求和生成平滑的網(wǎng)格需要小心地塑造拓?fù)浜头植季W(wǎng)格曲線。襟翼和縫翼與機(jī)翼的接近度及其局部幾何形狀給創(chuàng)建合理的正交拓?fù)鋷?lái)了挑戰(zhàn)，同時(shí)還允許控制局部壁集群。板條壓力側(cè)的曲率也需要采用局部 OH 型拓?fù)溥M(jìn)行特殊處理，如圖 5 所示。

圖 5. 在機(jī)身機(jī)頭創(chuàng)建 OH 型拓?fù)洳鞑サ竭h(yuǎn)場(chǎng)。

最后一個(gè)要涵蓋的區(qū)域是體積網(wǎng)格。保持網(wǎng)格要求，特別是壁間距，同時(shí)管理整體單元和點(diǎn)計(jì)數(shù)，引入了體積網(wǎng)格內(nèi)部的一些點(diǎn)分布問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，它產(chǎn)生了良好的正交網(wǎng)格質(zhì)量。然而，在保持指導(dǎo)中等網(wǎng)格壁間距的同時(shí)，從體積網(wǎng)格的一側(cè)到另一側(cè)的分布變化會(huì)導(dǎo)致近壁層中的一些單元傾斜。必要時(shí)，只需在橢圓 PDE 求解器中進(jìn)行幾次迭代即可改進(jìn)傾斜單元，并使用 Steger-Sorenson 邊界控制函數(shù)來(lái)控制壁的正交性和間距。

結(jié)論

已生成一組中等基線網(wǎng)格，供第三屆高升力預(yù)測(cè)研討會(huì)和第一屆幾何和網(wǎng)格生成研討會(huì)考慮。在每種類型網(wǎng)格的網(wǎng)格生成過(guò)程中，應(yīng)用了 HLPW 的網(wǎng)格化指南，然后進(jìn)行評(píng)估以確定是否可以全部遵循這些指南以及是否需要其他指南，或者網(wǎng)格類型是否會(huì)影響對(duì)某些指南的遵守。

對(duì)于非結(jié)構(gòu)化、混合和混合重疊網(wǎng)格的開(kāi)發(fā)，確定了網(wǎng)格后緣上的點(diǎn)數(shù)規(guī)格以及弦向和翼展方向所需的間距會(huì)產(chǎn)生不符合要求的表面網(wǎng)格。高面積比。根據(jù)網(wǎng)格劃分經(jīng)驗(yàn)，非結(jié)構(gòu)化和混合網(wǎng)格中的高面積比可能導(dǎo)致高體積比和體積單元偏斜。在結(jié)構(gòu)化多塊網(wǎng)格的情況下，主要關(guān)注點(diǎn)是幾何形狀的準(zhǔn)確表示以及遵守中等水平的網(wǎng)格壁間距要求。

參考：

1. Woeber, Carolyn D.、Gantt、Erick JS 和 Wyman, Nicholas J.，“NASA 高升力通用研究模型 (HL-CRM) 的網(wǎng)格生成”，AIAA 論文第 1 號(hào)。2017-0363，2017 年 1 月。

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