一种大口径回转体最优入水流体外形设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大口径回转体最优入水流体外形设计方法及系统，属于水下航行体技术领域，其中，该方法包括：建立高速入水弹道数学模型；基于所述高速入水弹道数学模型，将优化设计的参数进行显处理，根据任务需求对优化算法进行设计，得到高速入水流体外形优化模型；采用所述高速入水流体外形优化模型进行优化仿真计算，得到最优入水外形。该方法可以很好优化设计大口径回转体使其能够更好的满足任务需求，得到大口径回转体最优入水流体外形，且该最优入水外形可以使得大口径回转体的袋深逐渐减小、其弹道稳定性增加、回转体姿态变化小以及不易发生跳弹现象。化小以及不易发生跳弹现象。化小以及不易发生跳弹现象。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径回转体最优入水流体外形设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及水下航行体
，特别涉及一种大口径回转体最优入水流体外形设计方法及系统。

技术介绍

[0002]大口径回转体经由空气介质跨越水空界面，高速进入水中的过程称为高速入水过程。高速入水过程中固、液、气耦合作用产生入水冲击、空泡多相流耦合等一系列复杂物理现象。工程中的很多场景均与高速入水问题相关，如空投鱼雷入水、海上飞机在水面着陆、船舶航行过程中受到海浪抨击及航天器通过降落伞在海上回收等。在一系列工程项目的牵引下，研究人员对高速入水问题展开了大量的研究工作，而在实际过程中，如何优化设计大口径回转体使其能够更好的满足任务需求一直未得到解决，因此亟待一种大口径回转体最优入水流体外形设计方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种大口径回转体最优入水流体外形设计方法，该方法可以获得最优入水外形。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提出一种大口径回转体最优入水流体外形设计系统。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提出一种计算机设备。
[0007]本专利技术的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
[0008]为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了大口径回转体最优入水流体外形设计方法，包括以下步骤：步骤S1，建立高速入水弹道数学模型；步骤S2，基于所述高速入水弹道数学模型建立高速入水流体外形优化模型；步骤S3，采用所述高速入水流体外形优化模型进行优化仿真计算，得到最优入水外形。
[0009]本专利技术实施例的大口径回转体最优入水流体外形设计方法，先建立高速入水弹道数学模型，将优化设计的参数进行显处理，根据任务需求对优化算法进行设计，最后进行优化仿真计算，得到最优入水外形，且该最优入水外形可以使得大口径回转体的袋深逐渐减小、其弹道稳定性增加、回转体姿态变化小以及不易发生跳弹现象。
[0010]另外，根据本专利技术上述实施例的大口径回转体最优入水流体外形设计方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0011]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S1具体包括：步骤S101，对大口径回转体高速入水的整个运动过程进行受力分析，分别对重力、滑行力以及空化器流体动力进行动力学建模；步骤S102，构建运动学模型，与重力动力学模型、滑行力动力学模型以及空化器流体动力学模型构成所述建立高速入水弹道数学模型。
[0012]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S2具体包括：步骤S201，对所述高速入水弹道数学模型进行梳理，设计空化器直径和质心位置为优化变量；步骤S202，考虑大
口径回转体高速入水过程中的约束条件，将所述空化器直径和所述质心位置输入所述高速入水弹道数学模型中，确定约束罚函数和优化指标；步骤S203，根据所述约束罚函数和所述优化指标构建所述高速入水流体外形优化模型。
[0013]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述约束条件包括弹道稳定性条件、袋深约束和优化指标。
[0014]为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了大口径回转体最优入水流体外形设计系统，包括：数学模型构建模块，用于建立高速入水弹道数学模型；外形优化构建模块，用于基于所述高速入水弹道数学模型建立高速入水流体外形优化模型；仿真计算模块，用于采用所述高速入水流体外形优化模型进行优化仿真计算，得到最优入水外形。
[0015]本专利技术实施例的大口径回转体最优入水流体外形设计系统，先建立高速入水弹道数学模型，将优化设计的参数进行显处理，根据任务需求对优化算法进行设计，最后进行优化仿真计算，得到最优入水外形，且该最优入水外形可以使得大口径回转体的袋深逐渐减小、其弹道稳定性增加、回转体姿态变化小以及不易发生跳弹现象。
[0016]另外，根据本专利技术上述实施例的大口径回转体最优入水流体外形设计系统还可以具有以下附加的技术特征：
[0017]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述数学模型构建模块具体包括：动力学建模单元，用于对大口径回转体高速入水的整个运动过程进行受力分析，分别对重力、滑行力以及空化器流体动力进行动力学建模；构建数学模型单元，用于构建运动学模型，与重力动力学模型、滑行力动力学模型以及空化器流体动力学模型构成所述建立高速入水弹道数学模型。
[0018]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述外形优化构建模块具体包括：设计变量单元，用于对所述高速入水弹道数学模型进行梳理，设计空化器直径和质心位置为优化变量；确定单元，用于考虑大口径回转体高速入水过程中的约束条件，将所述空化器直径和所述质心位置输入所述高速入水弹道数学模型中，确定约束罚函数和优化指标；外形优化模型构建单元，用于根据所述约束罚函数和所述优化指标构建所述高速入水流体外形优化模型。
[0019]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述约束条件包括弹道稳定性条件、袋深约束和优化指标。
[0020]本专利技术又一方面实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述实施例所述的大口径回转体最优入水流体外形设计方法。
[0021]本专利技术还一方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的大口径回转体最优入水流体外形设计方法。
[0022]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0023]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得
明显和容易理解，其中：
[0024]图1是本专利技术一个实施例的大口径回转体最优入水流体外形设计方法的流程图；
[0025]图2是本专利技术一个实施例的大口径回转体的受力分析示意图；
[0026]图3是本专利技术一个实施例的最优入水流体外形设计方法逻辑框图；
[0027]图4是本专利技术一个实施例的轨迹曲线优化过程示意图；
[0028]图5是本专利技术一个实施例的俯仰角曲线示意图；
[0029]图6是本专利技术一个实施例的俯仰角速度曲线示意图；
[0030]图7是本专利技术一个实施例的大口径回转体最优入水流体外形设计系统的结构示意图。
具体实施方式
[0031]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0032]下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的大口径回转体最优入水流体外形设计方法及系统，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的大口径回转体最优入水流体外形设计方法。
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径回转体最优入水流体外形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，建立高速入水弹道数学模型；步骤S2，基于所述高速入水弹道数学模型建立高速入水流体外形优化模型；步骤S3，采用所述高速入水流体外形优化模型进行优化仿真计算，得到最优入水外形。2.根据权利要求1所述的大口径回转体最优入水流体外形设计方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：步骤S101，对大口径回转体高速入水的整个运动过程进行受力分析，分别对重力、滑行力以及空化器流体动力进行动力学建模；步骤S102，构建运动学模型，与重力动力学模型、滑行力动力学模型以及空化器流体动力学模型构成所述建立高速入水弹道数学模型。3.根据权利要求1所述的大口径回转体最优入水流体外形设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S201，对所述高速入水弹道数学模型进行梳理，设计空化器直径和质心位置为优化变量；步骤S202，考虑大口径回转体高速入水过程中的约束条件，将所述空化器直径和所述质心位置输入所述高速入水弹道数学模型中，确定约束罚函数和优化指标；步骤S203，根据所述约束罚函数和所述优化指标构建所述高速入水流体外形优化模型。4.根据权利要求3所述的大口径回转体最优入水流体外形设计方法，其特征在于，所述约束条件包括弹道稳定性条件、袋深约束和优化指标。5.一种大口径回转体最优入水流体外形设计系统，其特征在于，包括：数学模型构建模块，用于建立高速入水弹道数学模型；外形优化构建模块，用于基于所述高速入水弹道数学模型建立高速入水流体外形优化模型；仿真计算模块，用于采用所述高速入水流体外形优化模型进行优化仿真计算，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：白瑜亮，张梓晨，王小刚，荣思远，单永志，周宏宇，王帅，朱梓燊，张龙，徐天富，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：