利用设计框架将空气动力学分析 （DATCOM） 和雷达散射截面 （RCS） 分析 （POFACETS） 相结合，用于空对地导弹概念设计。导弹的几何形状是根据 CAD（CATIA） 定义的，用于使制造与设计过程同步。Aero/RCS 分析与 ModelCenter 框架下的 CAD 流程相关联，以便自动接收几何数据。导弹设计基线配置选自 ROC（能力要求）。然后在导弹升阻比的 largerthebetter 约束下进行 RCS 最小化。这项研究表明，在导弹概念设计阶段，使用这个设计框架可以有效地对许多导弹配置执行各种设计策略。
构建了最佳设计框架，以集成导弹概念设计阶段所需的空气动力学分析 （DATCOM） 和 RCS 分析 （POFACETS） 流程。导弹形状定义基于 CAD （CATIA），目的是同时进行生产和设计以及形状信息的计算。这些过程使用 ModelCenter 连接起来，以便将定义的形状信息自动输入到分析过程中。从军事要求确立开始，通过对要求进行评估，选择导弹设计参考形状，并以双端口比作为塔架的约束条件，进行最小化 RCS 的最优设计。使用本文构建的优化设计框架，证实了在导弹概念设计阶段可以实现对各种导弹形状和各种设计策略的高效分析。
探索性开发可以进一步分为概念设计和初步设计阶段。本研究建立了一个综合设计优化框架，以便在空对地导弹开发阶段更容易、更高效地掌握在概念设计和基本设计中执行的各种形状的物理特性。设计框架是通过在概念设计阶段执行的各种分析任务（形状设计、空气动力学分析、性能分析、重量分析、结构分析、推进分析、RCS 等）中最重要的和最基本的形状设计和空气动力学分析的基础上加入 RCS 分析构建的。
对于形状设计，使用了专业的 CAD 程序 CATIA[1]。这样做的目的是将设计和制造匹配到单个数据库 （DB） 中，并使用 CATIA 的参数化功能自动执行几何图形设计。使用半实验技术 Digital DATCOM[2] 高效快速地进行空气动力学分析。
空气动力学和气动声学分析软件 PowerFLOW
原因是它不是基于传统方法的纳维-斯托克斯方程，而是基于格子玻尔兹曼法 （LBM）。韩国的一些大学正在对 LBM 进行研究，但到目前为止，他们仅限于在实验室层面编写代码，理论基础并不好。
其次，它需要大规模并行计算环境，这使得汽车公司或研究机构等不自己运营超级通信的公司难以轻松采用它们。但是，近年来，得益于硬件的飞速发展，构建并行计算环境的成本一直在稳步下降，而 Thunder 等国内超级通信的发展为软件运行提供了环境，因此配置计算环境不再是大负担。
因此，本介绍将是一个帮助您了解 PowerFlow 的理论背景和特点的机会。特别是，通过与现有的传统 CFD 软件进行比较，确定 PowerFlow 的优缺点，有望在未来根据分析目的和可靠性水平选择软件。
传统方法
CFD 的传统方法是 Navier-Stokes 方程（以下简称 N-S 方程）。N-S 方程（粘性流的主要方程）的存在和唯一性是 21 世纪为数不多的尚未得到证实的数学挑战之一。
NS 方程由成对的偏微分方程组成，这使其不仅非常复杂，而且高度非线性。因此，在过去的 2~30 年里，传统的方法是在经历了各种离散化过程后，通过计算机计算提供近似解。
CFD 的另一种方法涉及在分子水平上研究粒子的流动。但是，这种方法需要过多的计算机环境，因此不适合分析实际问题。
Powerflow 理论背景
PowerFlow 的概念方法位于分子水平和介观水平的中间层次，前者处理真实气体的碰撞，后者在传统 CFD 软件中假设和接近流体作为一个连续体。
最初，理论背景基于数值稳定的晶格气体自动机，然后是晶格玻尔兹曼法 （LBM），其中粒子的分离体积沿恒定晶格移动，并通过碰撞理论进行流动分析。为了解决 LBM 的计算结果在高雷诺数下变得不稳定的问题，PowerFlow 确保粒子的色散系数始终为正，除此之外，它还通过使用广义 H 定理处理和专门设计的等温和温度变化过程边界条件来提供数值稳定性。
与计算 N-S 方程的非线性偏微分方程相比，计算扩散数的方法更简单，可以模拟粒子的动力学，但可以处理更广泛的物理学问题，并提供高精度的计算结果。
喷雾计数
格子玻尔兹曼法 （LBM） 是一种对统计动力学理论中著名的玻尔兹曼方程进行离散和数值计算的方法。LBM 的基本变量是一个点的分布函数，离散化决定了分布材料在空间上的分离和定位方式。在 1990 年代初期，证明 LBM 可以通过离散化提供与 NS 方程等效的精度，这被证明是建立 Exa 的基础。
与现有的 RANS 系列软件计算每个时间步长的流体力学物理量（速度、密度、温度、压力）的每个变量不同，LBM 计算分离系数是运动学的结果，通过简单的后处理很容易获得流体力学物理量（流体速度、密度、温度、压力等）。
湍流模型
湍流涡流分为三个主要区域：耗散、惯性和各向异性涡流。耗散和惯性 Eddy 通常是众所周知的，因此它适合创建理论模型。但是，由于各向异性涡流的物理性质未知，目前还没有湍流模型来解决这个问题，预计将来会很难创建。为了在流动仿真中计算湍流，可以使用仿真或建模，或者两者的组合。
直接数值模拟 （DNS） 不使用模型，其问题在于难以在实际分析中应用高雷诺数，因为计算空间的分辨率与 （Re）3 的大小成正比。
Reynolds Averaged Navier-Stokws （RANS） 系列软件使用湍流模型进行全方位分析。但是，没有各向异性涡流的理论模型，因此 RANS 应用了从各向同性假设开发的湍流模型。
其他通用 CFD 软件存在使用湍流模型进行分析的程度问题。
LES（Large Esdy Simulation）从需要流结构分析的大涡流和在壁附近消散的涡流直接模拟惯性区域的小尺寸，并通过模型计算出小于晶格尺寸的部分。这种方法的缺点是，对于实际的工程问题，雷诺数非常大，因此用于 LES 分析的网格大小必须非常小。因此，它需要一个并行计算环境。此外，还存在靠近墙点计算精度差的问题。
应用于 Powerflow 的 VLES 也不会对各向异性涡流进行建模，因此涡流是通过精确的时间分析来计算的。然而，当 VLES 处理惯性范围 Eddy 时，它会通过建模来计算耗散涡流和惯性涡流，因为在这个范围内有一个通用模型。此外，VLES 与传统 LES 的不同之处在于，它过滤动能以模拟耗散和惯性涡流，并使用众所周知的壁函数来提高计算精度，而不会使壁附近的网格拥挤。
网格尺寸大于湍流长度尺度的区域的数值分析以及在较小区域中使用模型的数值分析与其他 CFD 软件中的 DES（分离涡模拟）非常相似。
然而，由于 LES/VLES 需要直接模拟湍流涡流，因此可以在数值耗散很少的程序中实现更高的可靠性。由于数值耗散的行为类似于流动分析中的粘度，因此高耗散使得难以准确实现涡流形式。虽然 LBM 尽管具有很高的数值稳定性，但 NS 求解器有一个基本限制，即只有在收敛过程中使用迭代和松弛因子时，才能出现根本性的高数值耗散。
无网格
对于使用现有 CFD 软件或已经熟悉其他 LBM 软件的人来说，是否以及如何在 PowerFlow 中创建晶格是他们最感兴趣的。
在 CFD 分析中，创建 3D 网格的工作不仅繁琐且重复，而且占用了总分析时间的 70%~80% 左右，并且生成的网格质量对流动结果的准确性和收敛性影响很大。
在现有的通用 CFD 软件中，3D 网格使用一种方法，即在流空间中（要分析的形状除外）中创建对齐或不对齐晶格，并在预计流动变化较大的点使晶格更密集。对于解释差价合约的人来说，这个过程是理所当然的。
相比之下，在 PowerFlow 中，对于包含正在分析的几何结构的整个域区域，计算机会自动生成一个称为体素的三维笛卡尔体积单元。在实体区域（即解析几何的内部）中生成的体素被排除在计算之外。在这种情况下，用户需要在计算前指定体素的大小和体素密集的区域。
体素的结构使其大小正好增加 2 倍，表面大小发生变化的部分在 PowerFlow 中称为 VR（可变分辨率）。可以使用分析几何体中的 Offset 命令轻松创建 VR。此外，在使用 CAD 工作或分析结果的 ISO 表面创建后，以及重叠多个 VR 表面后，可以轻松导入它。
对象的形状和体素不可避免地具有相交的表面。在这种情况下，体素中会自动生成曲面，以仅计算单个体素中的浮动部分。Surfels 还允许您在模拟中保留和计算真实世界的几何体。通过这种方式，PowerFlow 可以轻松地对复杂的几何结构进行建模，而无需简化详细的几何结构，在使用传统的通用 CFD 软件时，为了方便网格创建，省略了细节几何结构。
Voxel 的生产力
当几何体没有显著变化时，这种网格划分方法非常高效。在传统的通用 CFD 软件中，即使几何结构发生微小变化也需要重置网格生成操作和边界条件，但 Powerflow 可以通过导入更改的几何数据，同时在设置分析案例时重用边界条件和 VR 设置来立即执行相同的分析。它的工作方式与真正的风洞相同，这就是为什么 Powerflow 在汽车行业被称为数字风洞的原因。
旋转体素
旋转体引起的风扇噪声是空气动力学分析中最重要的领域，但它已被公认为无法通过仿真解决的领域。但是，Powerflow 在这一领域展示了高级分析性能。
PowerFlow 本身只能计算 UnSteady 问题。因此，它具有将计算结果与空气动力学引起的噪声问题直接联系起来的优势。流场中压力的波动值会随时间变化，该值可以用作声学信息，而无需进行任何额外的计算或转换以进行噪声分析。结果以 dB（或 dBA）的形式表示，这是标准声压级，噪声源的位置可以通过频带滤波器用频率范围来指示。特别是，表示涡流结构的 Lambda2 可以精确定位噪声的位置。此外，它还可用作 FW-H 求解器的输入，用于分析远离流区的远场噪声。
时间步长
由于控制方程的性质，LBM 的时间步长是根据笛卡尔体积单元 （Voxel） 的大小自动确定的。因此，用户不能任意确定时间步长。这一事实是噪声分析问题可以最接近于物理现象模拟的物理背景，因为 PowerFlow 确定时间步长，以便发射力的运动速度与通用 CFD 代码中的声速完全匹配，而用户根据流速使用 CFL （Courant-Friedrichs-Lewy） 值确定时间步长。
此外，Powerflow 具有晶格正好增加 2 倍的结构。这与在通用 CFD 软件中使用网格化时间步长的效果相反，在所有体素中应用相同的时间步长。
可靠性和数值稳定性
LBM 计算简单的代数方程，因此它不使用 Iteration Method。不重复计算的最大优点是通用 CFD 软件中解收敛过程引起的截断误差不会累积，也不会发生松弛参数引起的误差，因此可以提供可靠的结果。此外，代数方程在计算过程中不会发散，因此它们保证了高数值稳定性。
计算速度快
LBM 基本上计算除法的次数并从中得出物理量，因此计算中使用的唯一变量是分布函数 （f）。通用 CFD 软件除了流体力学物理量（速度、密度、温度、压力）外，还需要大量的变量，如晶格位置、法向矢量等，因此需要较长的计算时间，但 LBM 不进行重复计算，由于变量数量少，可以快速计算。
大规模并行化
LBM 是方程中唯一没有微分项的方程。除了计算速度之外，这还为轻松实现并行化提供了理论基础。由于它可以很容易地沿着沿笛卡尔坐标系创建的网格 （Voxel） 并行化，因此随着并行计算机数量的增加，它具有线性加快计算时间的优势。
关闭
目前，CFD 技术的主流使用 RANS 作为控制方程，并使用 FVM（有限体积法）作为分析算法的基础。这表明了复杂形状有效建模的难度，以及分析湍流和具有大涡旋特性的异常流的局限性。在这种情况下，预计基于 LBM 的 PowerFlow 可以成为空气动力学和噪声领域的替代方案。
高超音速巡航导弹是一种空对地/空对舰导弹，使用双模式冲压喷气推进发动机，以高超音速飞行，对主要远程目标进行快速打击。在开发高超音速导弹之前，国防开发局正在通过“多域高速飞机（'18.10~'23.11）的集成设计和核心技术开发”开发“开发高超音速飞行器 Hycore。计划对满足高超音速空气动力学和耐热性能的机身结构和超音速燃烧室进行一体化设计，原型生产后将安装在运载火箭上并通过试飞进行验证。
以上技术资料已经上传知识星球：
导弹技术专题还有很多好资料将陆续 上传：
近期上传上传知识星球的专题有：
【俄乌战争专题】俄罗斯进攻战役评估-3万字的原文及机器翻译-今年4月和8月的评估报告；
【空空导弹专题】探索空对空导弹的世界：综合指南-涉及13份技术资料超5万字干货；
【朝鲜导弹专题】朝鲜的导弹试验情况-涉及90份资料-超过150万字的干货；
【美国海岸警卫队专题】美国海岸警卫队组织框架-涉及18份技术文件-超30万字
【导弹技术专题】三叉戟 II D-5 （UGM-133A）系统技术介绍-含34份技术资料-超20万字
【高端战争专题】高端战争的作战理论及战术介绍-涉及30份技术文档-含69万字干货
【好书籍专题】美国国防系统的作战优势-共450页，超过5万字的干货
【伊朗导弹专题】伊朗法塔赫Fattah系列高超音速巡航导弹技术研究-含17份文档-超过3万字技术资料
【无人机作战专题】无人机集群作战技术-共计80余份技术资料（超过100万字）
【专题】未来战争的形态介绍-共700余页-共15万字以上的技术资料
【专题】美国空军指令、海军条令、联合作战条令、条例文档简介【资料超过5000页】共计74份文件
【专题】精确打击-未来的精确制导弹药-含15份技术资料-超10万字
【兵棋推演专题】兵棋推演手册【51份兵棋推演的好资料，搜罗全网好资料】-超80万字
【专题报告】米切尔航空航天研究所 专题技术报告-含10份-超20万字报告
【核武专题】加速走向不稳定？高超音速武器和核使用的风险-涉及核武系统技术报告53份-超100万字干货
【多域作战专题】多域作战专题技术报告-多域集成：揭开神秘面纱-含101份技术报告-超200万字技术报告
【马赛克战争专题】马赛克战争技术研究报告-含42分技术报告-超100万字技术干货
【电子战专题】电子战技术专题报告-含42份技术报告-超130万字干货
【认知战专题】认知战系列技术介绍-含40份资料-超80万字干货
【顶级大学-约翰霍布金斯大学导弹文章】彻底改变打击和空战的艺术 -绝好资料推荐含17份技术报告-50万字干货
【资料合集】最新美国海军技术报告-53份技术报告-超100万字
【高超音速导弹专题】高超音速导弹武器技术专题技术报告-包括138份关于高超音速导弹武器系统最近几年最新的技术报告，包括机器翻译的技术资料-超过500万字绝对干货
相关资料文档资料已经上传知识星球：
该星球用于分享技术、情报和军事类的技术知识，目前该知识星球已有5000份文档了和各类技术分享，后续每天都会有不同的技术资料分享，如果有需要的可以扫知识星球的码加入，内容很丰富，包含雷达技术文档、智能仿真代码，包括无人机蜂群代码等，及其他雷达技术仿真代码、武器系统技术、技术情报、武器分系统技术等知识.
