一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法；包括：建立超空泡演化模型，获取超空泡在航行体加速过程中的形态变化；根据超空泡在航行体加速过程中的形态变化，对航行体和空化器进行受力分析；空化器位于航行体头部；根据对航行体和空化器的受力分析结果，构建超空泡航行体加速段动力学模型；通过超空泡航行体加速段动力学模型，对目标超空泡航行体在加速段的动力学特性进行分析；通过该方法可以实现对超空泡航行体在初发射阶段及后续加速阶段过程中的动力学特性进行精准分析。行精准分析。行精准分析。

【技术实现步骤摘要】
一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法


[0001]本专利技术属于水下航行体
，特别是一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法。

技术介绍

[0002]如今有关超空泡航行体的动力学建模有很多研究，但大都关注于超空泡巡航段，对于由低速航行到高速航行的加速段鲜有研究。目前的超空泡航行体数学模型均假设速度为恒定值，即假设速度不发生改变，空泡形态也基本不发生改变。基于此，无法探索超空泡航行体从沾湿到被空泡全包裹过程中的弹道特性及稳定性，也无法开展控制器开展控制器设计工作。
[0003]因此，如何对超空泡航行体在初发射阶段及后续加速阶段过程中的动力学特性进行精准分析，成为当前研究的关键问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提供一种至少解决上述部分技术问题的一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，通过该方法可以实现对超空泡航行体在初发射阶段及后续加速阶段过程中的动力学特性进行精准分析。
[0005]本专利技术实施例提供了一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，包括：
[0006]建立超空泡演化模型，获取超空泡在航行体加速过程中的形态变化；
[0007]根据所述超空泡在航行体加速过程中的形态变化，对所述航行体和空化器进行受力分析；所述空化器位于所述航行体头部；
[0008]根据对所述航行体和空化器的受力分析结果，构建超空泡航行体加速段动力学模型；
[0009]通过所述超空泡航行体加速段动力学模型，对目标超空泡航行体在加速段的动力学特性进行分析。
[0010]进一步地，所述建立超空泡演化模型表示为：
[0011][0012]其中，R
c
表示超空泡半径；R
n
表示空化器半径；x1＝2R
n
，表示超空泡模型中二阶曲线分离点；x表示超空泡截面到空化器的距离；R1表示x＝x1点处的超空泡半径；R
k
表示超空泡最大半径，L
k
表示超空泡长度；C
x0
表示空化器零升阻力系数；σ表示空化数。
[0013]进一步地，所述航行体和空化器的受力分析结果，包括：
[0014]所述空化器在航行体坐标系下的受力数据；
[0015]所述空化器的作用力相对于航行体质心的转动力矩；
[0016]所述航行体在弹体坐标系下的重力数据；
[0017]所述航行体受到的推力；
[0018]所述航行体的尾舵在弹体坐标系下的作用力数据以及对应的力矩；
[0019]所述航行体的尾舵滑行力以及对应的力矩；
[0020]所述航行体在弹体坐标系下的浮力数据以及对应的力矩。
[0021]进一步地，获取所述空化器在航行体坐标系下的受力数据，包括：
[0022]获取航行体所处流体环境的密度ρ、空化器速度V
c
、空化器截面积S
c
、空化器升力系数C
l
、空化器阻力系数C
d
以及空化器攻角α
c
；
[0023]根据所获取的数据计算出所述空化器在速度坐标系下的升力F
cl
和阻力F
cd
；
[0024]基于所述空化器在速度坐标系下的升力F
cl
和阻力F
cd
，结合航行体侧滑角β
c
，计算出所述空化器的受力在航行体坐标系下沿X、Y、Z轴的分力。
[0025]进一步地，获取所述航行体在弹体坐标系下的重力数据，包括：
[0026]获取所述航行体的重力在地面坐标系下沿X轴和Y轴的分力；
[0027]将所述航行体的重力在地面坐标系下沿X轴和Y轴的分力，转化为所述航行体的重力在弹体坐标系下沿X轴和Y轴的分力。
[0028]进一步地，获取所述航行体的尾舵在弹体坐标系下的作用力数据，包括：
[0029]获取尾舵长度r
s
、航行体尾部半径R、航行体深度z(t)、航行体头部到质心距离L
c
以及空化器位置，结合超空泡半径R
c
，通过计算得出所述航行体的尾舵沾湿率I(t,τ)；
[0030]基于所述尾舵沾湿率I(t,τ)，结合航行体的尾舵在速度系下沿X轴和Y轴的分力、尾舵舵角δ
f
、尾舵处攻角α
f
和尾舵处侧滑角β
f
，计算得出所述航行体的尾舵作用力在弹体坐标系下沿X轴和Y轴的分力。
[0031]进一步地，获取所述航行体的尾舵滑行力以及对应的力矩，包括：
[0032]获取航行体所处流体环境的密度ρ、航行体航行速度V、超空泡半径收缩速率航行体尾部半径R、航行体沾湿角度α
plane
和沾湿深度h，结合超空泡半径R
c
，计算得出所述航行体的尾舵滑行力F
w
；
[0033]根据所述航行体的尾舵滑行力F
w
，结合所述航行体尾部到质心的距离L
f
，计算得出所述尾舵滑行力的力矩。
[0034]进一步地，获取所述航行体在弹体坐标系下的浮力数据，包括：
[0035]获取所述航行体的底部面积S，以及所述航行体沾湿长度l
wet
，计算得出所述航行体沾湿部分的体积；
[0036]根据所述航行体沾湿部分的体积，结合航行体所处流体环境的密度ρ，计算得出航行体的浮力；
[0037]根据所述航行体的浮力，基于弹体坐标系与地面坐标系的转换矩阵，获得所述航行体的浮力在弹体坐标系下沿X轴和Y轴的分力。
[0038]进一步地，所述超空泡航行体加速段动力学模型表示为：
[0039][0040]其中，F
xg
和F
yg
分别表示航行体的重力在弹体坐标系下沿X、Y轴的分力；F
xc
和F
yc
分别表示空化器的受力在航行体坐标系下沿X、Y轴的分力；M
zc
表示空化器对于航行体质心的转动力矩；F
finx
和F
finy
分别表示航行体的尾舵受力在弹体坐标系下沿X轴的分力；M
zfin
表示尾舵受力的力矩；F
xB
和F
yB
分别表示航行体浮力在弹体坐标系下沿X轴的分力；M
B
表示浮力的力矩；F
w
表示航行体的尾舵滑行力；M
zw
尾舵滑行力的力矩；T表示推力；m表示航行体质量；J表示航行体转动惯量。
[0041]与现有技术相比，本专利技术记载的一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，具有如下有益效果：本专利技术实施例所提供的超空泡航行体加速段动力学模型，适用于超空泡航行体在初发射阶段及后续加速阶段的数值计算，相比于现有的超空泡航行体数学模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，其特征在于，包括：建立超空泡演化模型，获取超空泡在航行体加速过程中的形态变化；根据所述超空泡在航行体加速过程中的形态变化，对所述航行体和空化器进行受力分析；所述空化器位于所述航行体头部；根据对所述航行体和空化器的受力分析结果，构建超空泡航行体加速段动力学模型；通过所述超空泡航行体加速段动力学模型，对目标超空泡航行体在加速段的动力学特性进行分析。2.如权利要求1所述的一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，其特征在于，所述建立超空泡演化模型表示为：其中，R
c
表示超空泡半径；R
n
表示空化器半径；x1＝2R
n
，表示超空泡模型中二阶曲线分离点；x表示超空泡截面到空化器的距离；R1表示x＝x1点处的超空泡半径；R
k
表示超空泡最大半径，L
k
表示超空泡长度；C
x0
表示空化器零升阻力系数；σ表示空化数。3.如权利要求1所述的一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，其特征在于，所述航行体和空化器的受力分析结果，包括：所述空化器在航行体坐标系下的受力数据；所述空化器的作用力相对于航行体质心的转动力矩；所述航行体在弹体坐标系下的重力数据；所述航行体受到的推力；所述航行体的尾舵在弹体坐标系下的作用力数据以及对应的力矩；所述航行体的尾舵滑行力以及对应的力矩；所述航行体在弹体坐标系下的浮力数据以及对应的力矩。4.如权利要求3所述的一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，其特征在于，获取所述空化器在航行体坐标系下的受力数据，包括：获取航行体所处流体环境的密度ρ、空化器速度V
c
、空化器截面积S
c
、空化器升力系数C
l
、空化器阻力系数C
d
以及空化器攻角α
c
；根据所获取的数据计算出所述空化器在速度坐标系下的升力F
cl
和阻力F
cd
；基于所述空化器在速度坐标系下的升力F
cl
和阻力F
cd
，结合航行体侧滑角β
c
，计算出所述空化器的受力在航行体坐标系下沿X、Y、Z轴的分力。5.如权利要求3所述的一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，其特征在于，获取所述航行体在弹体坐标系下的重力数据，包括：获取所述航行体的重力在地面坐标系下沿X轴和Y轴的分力；将所述航行体的重力在地面坐标系下沿X轴和Y轴的分力，转化为所述航行体的重力在弹体坐标系下沿X轴和Y轴的分力。
6.如权利要求3所述的一种多模切换超空泡航行体加速段动力学特性分析方法，其特征在于，获取所述航行体的尾舵在弹体坐标系下的作...

【专利技术属性】
技术研发人员：白瑜亮，王小刚，张梓晨，荣思远，单永志，王帅，周宏宇，张龙，徐天富，郭建明，王晓光，马晓冬，张欢，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：