(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210943098.9 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 中国空气动力研究与发展中心计算 空气动力研究所 地址 621000 四川省绵阳市涪城区二环路 南段6号 (72)发明人 刘钒　黄霞　张露　马率　崔兴达　 肖中云　赵辉　刘刚　王子维　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 王晓坤 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) (54)发明名称 一种软管锥套空中加油多学科耦合分析框 架及方法 (57)摘要 本申请涉及空中加油技术领域， 公开了一种 软管锥套空中加油多学科耦合分析框架及方法， 包括： 数据层， 用于为流体力学分析与多体动力 学计算提供所需的文件信息； 网格层， 用于根据 数据层提供的文件信息， 生成离散网格文件； 计 算准备层， 用于为软管锥套耦合计算提供所需的 非定常气动效应参数、 气动数据库和三维加油机 尾迹流场文件； 计算层， 用于对软管锥套在加油 机尾迹流场中的释放与稳定过程进行流固耦合 动力学响应仿真； 后处理层， 用于对耦合仿真计 算得到的空中加油软管锥套计算数据进行后处 理与显示。 这样能够进行加油机尾流中软管 ‑锥 套释放与稳定过程的快速高精度模拟， 为我国软 式空中加油系统设计与安全性评估提供关键技 术支撑。 权利要求书2页 说明书12页 附图12页 CN 115310325 A 2022.11.08 CN 115310325 A 1.一种软 管锥套空中加油多学 科耦合分析框架， 其特 征在于， 包括： 数据层， 用于为流体力学分析与多体动力学计算提供所需的加油机与加油锥套的外形 CAD模型文件、 流场计算 参数输入文件和多体动力学计算 参数输入文件； 网格层， 用于根据 所述数据层提供的文件信 息， 生成离散网格文件； 所述离散网格文件 包括流场网格文件、 表面网格文件和软 管有限元离 散文件； 计算准备层， 用于为软管锥套耦合计算提供所需的非定常气动效应参数、 气动数据库 和三维加油机尾迹流场文件； 计算层， 用于根据所述网格层生成的所述离散网格文件和所述计算准备层提供的信 息， 对软管锥套在加油机尾迹流场中的释放与稳定过程进行流固耦合动力学响应仿真； 后处理层， 用于对耦合仿真计算得到的空中加油软管锥套计算数据进行后处理与显 示。 2.根据权利要求1所述的软管锥套空中加油多学科耦合分析框架， 其特征在于， 所述网 格层， 具体用于根据所述加油机与加油锥套的外形CAD模型文件和所述流场计算参数输入 文件， 生成加油机与加油锥套的所述流场网格文件和所述表面网格文件； 根据所述多体动 力学计算 参数输入文件， 生成所述软 管有限元离 散文件。 3.根据权利要求1所述的软管锥套空中加油多学科耦合分析框架， 其特征在于， 所述计 算准备层包括： 参数计算模块， 用于通过包含并行动态重叠网格的URANS流场求解器与多体动力学求 解器对软管锥套的释放与稳定过程进行试验性计算， 作为确定非定常气动效应参数的基 准； 数据库生成模块， 用于使用RANS流场求解器获得锥套不同攻角、 侧滑角和不同来流速 度下的六分量气动力系数， 生成气动数据库； 流场文件计算模块， 用于基于结构对接网格使用所述RANS流场求解器计算得到三维加 油机尾迹流场文件。 4.根据权利要求1所述的软管锥套空中加油多学科耦合分析框架， 其特征在于， 所述计 算层包括： 建模模块， 用于使用多体动力学求 解器对软 管锥套进行动力学建模； 来流速度获取模块， 用于在加油机尾迹流场中对锥套位置进行空间插值获得锥套来流 速度； 气动载荷获取模块， 用于通过 所述气动数据库插值得到锥套气动载荷； 耦合仿真计算模块， 用于根据所述锥套来流速度、 所述锥套气动载荷结合所述非定常 气动效应参数， 对软管锥套在加油机尾迹流场中的释放与稳定过程的流固耦合动态响应进 行批量化的仿真计算。 5.根据权利要求1所述的软管锥套空中加油多学科耦合分析框架， 其特征在于， 所述后 处理层包括： 第一处理模块， 用于使用尾迹流场后处理程序对加油机尾迹流场文件进行后处理， 生 成加油机尾迹流场的可读文件； 第二处理模块， 用于使用多体动力学后处理程序绘制软管锥套动态响应的动画文件， 并显示相应的动画视频；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310325 A 2第三处理模块， 用于通过多体动力学求解器输出锥套动态响应中的运动规律、 气动载 荷规律和应力应 变规律数据文件。 6.一种如权利要求1至5任一项所述软管锥套空中加油多学科耦合分析框架的耦合分 析方法， 其特 征在于， 包括： 根据加油机与加油锥套的外形CAD模型文件、 流场计算参数输入文件和多体动力学计 算参数输入文件， 生成离散网格文件； 所述离散网格文件包括流场网格文件、 表面网格文件 和软管有限元离 散文件； 获取三维加油机尾流场文件、 气动数据库和非定常气动效应参数； 根据所述离散网格文件、 所述非定常气动效应参数、 所述气动数据库和所述三维加油 机尾流场文件， 对软管锥套在加油机尾迹流场中的释放与稳定过程进 行流固耦合动力学响 应仿真； 对耦合仿真计算得到的空中加油软 管锥套计算数据进行后处 理与显示。 7.根据权利要求6所述的耦合分析方法， 其特征在于， 所述获取三维加油机尾流场文 件、 气动数据库和非定常气动效应参数， 包括： 基于结构对接网格使用RANS流场求解器， 对加油机及其尾迹流场开展并行CFD计算， 计 算得到三维加油机尾迹流场文件； 使用所述RANS流场求解器获得锥套不同攻角、 侧滑角和不同来流速度下的六分量气动 力系数， 生成气动数据库； 通过包含并行动态重叠网格的URANS流场求解器与多体动力学求解器对软管锥套的释 放与稳定过程进行 试验性计算， 作为确定非定常气动效应参数的基准。 8.根据权利要求6所述的耦合分析方法， 其特征在于， 所述对软管锥套在加油机尾迹流 场中的释放与稳定过程进行流固耦合动力学响应仿真， 包括： 使用多体动力学求 解器对软 管锥套进行动力学建模； 在加油机尾迹流场中对锥套位置进行空间插值获得锥套来 流速度； 通过所述气动数据库插值得到锥套气动载荷； 根据所述锥套来流速度、 所述锥套气动载荷结合所述非定常气动效应参数， 对软管锥 套在加油机尾迹流场中的释放与稳定过程的流固耦合动态响应进行批量 化的仿真计算。 9.根据权利要求8所述的耦合分析方法， 其特征在于， 在所述对软管锥套进行动力学建 模的过程中， 软管采用基于绝对节点坐标的索梁单元进 行离散， 锥套为六自由度刚体， 软管 和锥套之间的约束关系为索梁与刚体之间的固支约束。 10.根据权利要求6所述的耦合分析方法， 其特征在于， 所述对耦合仿真计算得到的空 中加油软 管锥套计算数据进行后处 理与显示， 包括： 使用尾迹流场后处理程序对加油机尾迹流场文件进行后处理， 生成加油机尾迹流场的 可读文件； 使用多体动力学后处理程序绘制软管锥套动态响应的动画文件， 并显示相应的动画视 频； 通过多体动力学求解器输出锥套动态响应中的运动 规律、 气动载荷规律和应力 应变规 律数据文件。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310325 A 3