高端装备制造业航空航天飞行器的气动热伺服弹性推进系统仿真平台

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    随着当代航天飞行器的发展和对空间探索兴趣的日益增长，开发航天飞行器的高级多学科分析工具变得越来越重要。过去几十年用于预测气动力、结构和燃烧的方法和软件，得到了极速的发展。然而，理解和计算多学科之间的耦合和相互作用，仍须发展先进、高效以及能精确模拟各种物理现象的耦合算法。因此，用于分析评估航天飞行器的气动热伺服弹性和推进性能的集成系统，将发挥极为重要的作用。

    本文工作的重大创新是发展了ADI.SimWcxrk软件，它能够应用在不同分析和设计阶段的可变保真度模拟的气弹系统中，进行流体、结构和控制场仿真的精确集成和耦合，极大地节省了航天飞行器的性能预测和设计时间。此外，该软件可用于从亚声速到高超声速的所有飞行范围，还可以在动静流体-结构相互作用环境下，通过使用强大的最新技术CFD/CSD耦合算法和粒子材料点方法(MPM)进行建模和数值仿真。

    1 ADI.SimWork的集成软件结构

    ADI.SimWork3.0包括计算流体力学、计算结构力学、流固耦合等子系统。其中计算流体力学(CFD)包括稳态、非稳态仿真分析;计算结构力学(CSD)包含粒子方法、有限元方法；流固耦合（FSI/AE/ASE)包括气弹，气动伺服弹性(ASE)等。软件主要功能包括：

    (1)复杂流场模拟与气动力预测；

    (2)复杂非定常流场高精度数值模拟；

    (3)六自由度运动数值模拟；

    (4)气动噪声数值模拟；

    (5)发动机燃烧高精度数值模拟；

    (6)内外流一体化数值模拟；

    (7)高超声速飞行器化学反应数值模拟；

    (8)飞行器流固耦合(静气弹/动气弹)数值模拟；

    (9)复杂结构非线性数值模拟；

    (10)爆炸穿透过程数值模拟；

    (11)复合材料非线性快速数值模拟。

    ADI.SimWork3.0还包括前处理和后处理模块。软件结构图如下：

    图1 ADI.SimWork3.0结构图

    ADI.SimWork3.0总体框架结构共分为三层，分别为支撑层、核心层以及应用层，其总体框架如图2所示。

    图2 ADI.SimWork3.0总体框架结构

    2 ADI.SIMWORK的功能模块

    2.1 嵌套网格气动数值仿真模块

    OverCFDLab软件适用于复杂外形与复杂流场的数值模拟仿真，支持自定义与6-D0F运动，具有强大的模拟旋转机械、多体分离、碰撞预测等多组件相对运动问题的能力。该软件与同类软件相比具有以下优势：