波浪模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种波浪模拟装置及方法，通过根据需要制造波浪的波长、波高、频率和水深，计算得出造浪板的冲程和频率，从而获得推板造浪法的模型；建立水池模型，包括空气域和水域模型的搭建、空气域和水域接触面的限定、水池四周及底部的限定和网格的划分等,采用ALE计算方法，将造波板模型与水池模型构建在一起，仿真获得数值波浪。本发明专利技术的数值波浪模拟计算方法能真实准确的模拟海况环境，提高计算效率，并且能实现风、浪载荷与飞行器耦合的模拟。

Wave simulation device and method

【技术实现步骤摘要】
波浪模拟装置及方法
本专利技术涉及波浪模拟装置及方法，特别是涉及规则波海浪模拟装置和方法，属于飞行试验领域。
技术介绍
海洋拥有巨大的经济价值和战略意义，随着海洋经济的发展，以及军事需求的增加，海上飞行活动日益频繁，提高海上飞行的安全性和救生能力问题也越来越受到人们的重视。具有垂向起落、良好的飞行控制优势的飞行器被普及于水上活动的各范围。当此类飞行器大量使用时，由于某些因素会造成飞行器发生故障。在此背景下，研究飞行器迫降后的漂浮海洋环境，可为其适航取证提供一定的参考。针对造波技术，主要通过边界造波法、边界元算法、有限差分法、SPH方法、传统ALE方法实现，边界造波法生成的波形虽然有较好的稳定性，但存在波高沿程衰减较大的缺点；基于势流理论的边界元算法，该算法对有限元模型的总网格数量、网格质量有着较高的要求；通过有限差分法求解N-S方程，采用VOF方法数值造波，因其独特的FAVOR网格处理技术，虽能精确的描述外型，但使模型非常复杂；SPH方法能很好的模拟大变形运动，但不能实现风载荷的模拟。传统ALE方法缺点在于对计算设备要求高，占用资源大，计算流固耦合问题时间长。从上述
技术介绍
下可以看出，以上方法存在波高沿程衰减较大，网格数量大，不能同时实现风、浪载荷与飞行器的耦合，计算时间长等缺点，需要一种能同时实现风、浪载荷与飞行器耦合，并且准确模拟海况，计算时间短的波浪模拟方法，来解决飞行器迫降后的飞行器损坏的计算问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种波浪模拟装置和方法，能真实准确的模拟海况环境，提高计算效率，并且能实现风、浪载荷与飞行器的耦合。本专利技术的技术解决方案：根据本专利技术的一方面，提供了一种波浪模拟方法，通过以下步骤实现：步骤1，根据需要制造波浪的波长、波高、频率和水深，计算得出造浪板的冲程和频率，从而获得推板造浪模型；步骤2，建立水池模型，包括空气域和水域模型的搭建、空气域和水域接触面的限定、水池四周及底部的限定和网格的划分。步骤3，采用ALE计算方法，将造波板模型与水池模型构建在一起，获的波浪模型。步骤4，采用获得的波浪模型在试验水池造浪，对飞行器进行迫降后的飞行器损坏试验。所述的造波板的模型为式中k为波浪的个数，ω为波浪的频率，H为波浪的高度，d为水池水深，X0为推波板的冲程，g为重力加速度。所述的空气域和水域接触面的限定为：空气域和水域接触面的法向相对速率为零。所述的水池侧面及底部的限定为:水池中波浪到达的侧面设置为无反射边界条件，水池底部设置为其竖直方向自由度为零，其余侧面设置为其垂直于侧面方向的自由度为零。所述的网格的划分方法为：在研究物体降落的过程中接触到的空气域和水域网格加密，网格尺寸不小于飞行器结构网格尺寸的三分之一，其他空气域和水域的网格稀疏，网格尺寸不大于飞行器结构网格尺寸的三倍。优选的，网格加密的范围可以扩大为在研究物体降落过程中可能接触的空气域和水域，并进行扩大，选取规则形状的空气域和水域。优选的，所述的网格稀疏为渐变式稀疏,从与研究物体接触的部分到远离的部分，网格从加密渐变到稀疏。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种波浪模拟装置，包括模型构建模块和试验水池，所述的模型构建模块包括推板造浪模块，水池模块和波浪生成模块；所述的推板造浪模块根据需要制造波浪的波长、波高、频率和水深确定推板造浪的模型，所述的水池模块生成试验需要的水池模型，所述的波浪生成模块将推板造浪模块生成的推板造浪模型和水池模块生成的水池模型结合在一起，生成波浪模型，所述的试验水池是满足造浪和飞行器条件的水池，可以根据构建的波浪模型进行造波，用于飞行器迫降后的飞行器损坏试验。所述的推浪板造浪模块中推板造浪模型为式中k为波浪的个数，ω为波浪的频率，H为波浪的高度，d为水池水深，X0为推波板的冲程，g为重力系数。所述的水池模块包括空气域和水域模型的搭建、空气域和水域接触面的限定、水池四周及底部的限定和网格的划分。所述的空气域和水域接触面的限定为：空气域和水域接触面的法向相对速率为零。所述的水池侧面及底部的限定为:水池中波浪到达的侧面设置为无反射边界条件，水池底部设置为其竖直方向自由度为零，其余侧面设置为其垂直于侧面方向的自由度为零。优选的，所述的波浪生成模块中波浪生成的方法为ALE算法。本专利技术与现有技术相比的有益效果：(1)本专利技术确定了特殊的推板模型和水池模型，可以通过对推板造波的简化和水池约束的建立，真实准确的模拟海况环境，并提高计算效率；(2)本专利技术采用的变网格划分法，可以在准确模拟海况的前提下，有效的减少网格数量，减少计算的时间，提高效率；(3)本专利技术在水池模型的建立时，对空气域和水域都进行了建模和网格的划分并对空气域和水域边界条件的进行特殊限定，将待研究的物体与水域的波动联系在一起，实现了风、浪载荷与飞行器耦合的模拟。附图说明图1为本专利技术的波浪模拟流程图；图2为本专利技术实施例中的空气域与水域模型；图3为本专利技术实施例中的稀疏网格处理水池模型；图4为本专利技术实施例中的波形运动图；具体实施方式下面结合具体实例及附图对本专利技术进行详细说明。实施例1、一种波浪模拟方法，如图1所示，通过以下步骤实现：步骤1，根据需要制造波浪的波长、波高、周期及水池的水深，计算得出造浪板的冲程和频率，从而建立推板造浪法模型；步骤2，建立水池模型，包括空气域和水域模型的搭建、空气域和水域接触面的限定、水池四周及底部的限定和网格的划分等。步骤3，采用ALE计算方法，将造波板模型与水池模型构建在一起，获得波浪模型。步骤4，采用获得的波浪模型在试验水池造浪，对飞行器进行迫降后的飞行器损坏试验。造波板的模型为式中k为波浪的个数ω为波浪的频率，H为波浪的高度，d为水池水深，X0为推波板的冲程，g为重力系数。空气域和水域接触面的限定为：空气域和水域接触面的法向相对速率为零。水池侧面及底部的限定为:水池中波浪到达的侧面设置为无反射边界条件，水池底部设置为其竖直方向自由度为零，其余侧面设置为其垂直于侧面方向的自由度为零。网格的划分方法为：在研究物体降落的过程中接触到的空气域和水域网格加密，网格尺寸不小于飞行器结构网格尺寸的三分之一，其他空气域和水域的网格稀疏，网格尺寸不大于飞行器结构网格尺寸的三倍。优选的，网格加密的范围可以扩大为在研究物体降落过程中可能接触的空气域和水域，并进行扩大，选取规则形状的空气域和水域。优选的，网格稀疏为渐变式稀疏,从与研究物体接触的部分到远离的部分，网格从加密渐变到稀疏。实施例2、本实施例以三级海况模拟为例，具体步骤如下：步骤1：建立推板造浪模型。水池的运动源是推板，那么形成的海浪会按照推板的运动规律呈现，推板从静止到周期运动，造波水池逐渐产生稳定周期波浪，波面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波浪模拟方法，其特征在于：通过以下步骤实现,/n步骤1，确定造波板的模型

【技术特征摘要】
1.一种波浪模拟方法，其特征在于：通过以下步骤实现,
步骤1，确定造波板的模型式中k为波浪的个数，为波浪的频率，H为波浪的高度，d为水池水深，X0为推波板的冲程，g为重力系数；
步骤2，建立水池模型，水池模型包括空气域模型和水域模型；
步骤3，采用ALE计算方法，将步骤1得到的造波板模型与步骤2得到的水池模型构建在一起，得到波浪模型；
步骤4，采用获得的波浪模型在试验水池造浪，对飞行器进行迫降后的飞行器损坏试验。


2.根据权利要求1所述的波浪模拟方法，其特征在于：空气域模型和水域模型构建包括气域和水域接触面的限定、水池四周及底部的限定和网格的划分。


3.根据权利要求2所述的波浪模拟方法，其特征在于：所述的空气域和水域接触面的限定为：空气域和水域接触面的法向相对速率为零。


4.根据权利要求2所述的波浪模拟方法，其特征在于：所述的水池侧面及底部的限定为:水池中波浪到达的侧面设置为无反射边界条件，水池底部设置为其竖直方向自由度为零，其余侧面设置为其垂直于侧面方向的自由度为零。


5.根据权利要求2所述的波浪模拟方法，其特征在于：所述的网格的划分方法为：在研究物体降落的过程中接触到的空气域和水域网格加密，网格尺寸不小于飞行器结构网格尺寸的三分之一，其他...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨周，杨晓华，凌蕾，田似营，
申请(专利权)人：海鹰航空通用装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11