一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法技术

本发明专利技术公开了一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，属于预报肩空泡发展和溃灭领域。包括以下步骤：S100、确定航行体的各项基本参数，采用离散化轴对称节点模型来表示航行体表面；S200、设置气泡和航行体的初始条件，根据边界元法和辅助函数法，采用自编程代码，对气泡出水前的航行体运动和气泡发展过程进行计算；S300、计算过程中考虑自由面和气泡、航行体的耦合效应，直至航行体出水、肩空泡在自由面的耦合作用下被环向射流掐断掐断。本发明专利技术减少了航行体出水过程中肩空泡发展和溃灭预报、计算所需的时间与算力成本，成本低，具有较好的可重复性。好的可重复性。好的可重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法


[0001]本专利技术涉及一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，属于预报肩空泡发展和溃灭领域。

技术介绍

[0002]现有的对航行体出水空泡进行的研究研究大多采用实验和商业计算软件来对其进行模拟、计算。实验研究的方法可以得到可靠的、真实的结果，但是其操作复杂、成本高，可重复性较差；而利用Fluent和Star
‑
CCM等商业软件计算得到的结果虽然精确、可重复性高，但是需要耗费相当长的时间和算力，网格数较多的模型甚至要花费数十天，对于大量参数的计算分析反而不合适。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，以能够更快地对航行体出水过程中肩空泡的发展和溃灭过程进行计算和预报，从而解决现有的预报方法操作复杂、成本高、可重复性较差、需要耗费相当长的时间和算力的问题。
[0004]一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法包括以下步骤：
[0005]S100、确定航行体的各项基本参数，采用离散化轴对称节点模型来表示航行体表面；
[0006]S200、设置气泡和航行体的初始条件，根据边界元法和辅助函数法，采用自编程代码，对气泡出水前的航行体运动和气泡发展过程进行计算；
[0007]S300、计算过程中考虑自由面和气泡、航行体的耦合效应，直至航行体出水、肩空泡在自由面的耦合作用下被环向射流掐断掐断。
[0008]进一步的，S100中，具体的，对航行体和空泡的边界进行离散，其中，航行体的尺寸是已知的。
[0009]进一步的，S200中，气泡和航行体的初始条件包括航行体的初始深度H、初始速度v0，气泡的初始大小R0和初始压力p
v
，初始时刻为航行体处于初始深度的时刻。
[0010]进一步的，在S200中，在设置好气泡和航行体的初始条件后，还需要进行节点布置，节点包括航行体表面节点、气泡表面节点和自由面节点。
[0011]进一步的，S200中，具体的，采用边界元法与辅助函数法相结合的方法，对航行体发射后的上升运动进行数值模拟：初始时刻所有结点的法向速度已知，将流场内的拉普拉斯方程在航行体和空泡表面节点处进行离散，将流场内的拉普拉斯方程转化为离散边界上的边界积分方程，通过离散边界上的边界积分方程求解气泡节点的速度势法向导数，进而对气泡下一时刻的位置进行更新，
[0012][0013]式中，表示模型表面所有节点的速度势，q表示边界上的积分点，p表示边界上的控制点，s表示所有流场的边界，包括自由面的无穷远边界，n为边界法向量，规定其正向指向流场外，λ为控制点p处的流场立体角，G为格林函数。
[0014]进一步的，S300中，具体的，
[0015]在初始时刻之后，所有时刻的气泡表面节点的速度势和结构节点的速度势法向导数皆为已知，利用边界积分方程，求解气泡表面的速度势法向导数，从而对气泡表面节点的位置进行更新，同时采用辅助函数法，利用航行体湿表面上的压力对航行体的加速度进行求解，进而确定航行体下一时刻的速度，同时对航行体的位置进行更新，
[0016][0017]上式中，为航行体的加速度，V
s
为航行体速度，ρ为流体密度，χ为辅助函数，M为航行体质量，β为辅助函数，u为航行体表面流体质点的速度，P
∞
为航行体初始深度同一水平面无穷远处的流体静压力，
[0018]辅助函数β和χ需要在航行体湿表面满足：
[0019][0020]在气泡表面满足：
[0021][0022]每隔一定的时间步采用最小二乘法和五点光顺法对气泡表面节点和速度势进行光顺，运行代码进行计算，直至航行体头部出水，肩空泡从中部被环状射流掐断，利用辅助函数法和间接边界元计算肩空泡中部掐断时的流场压力云图，进而得到空泡环状射流对航行体表面施加的载荷，辅助函数法计算流场压力的表达式为：
[0023][0024]上式中的辅助函数ζ在各个边界上满足：
[0025][0026]一种存储介质，该存储介质上储存有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法。
[0027]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，处理器执行程序，以实现上述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法。
[0028]一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的系统，基于上述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的系统包括：计算模型建立模块、上升运动数值模拟模块和肩空泡掐断监视模块，其中，计算模型建立模块、上升运动数值模拟模块和肩空泡掐断监视模块依次连接。
[0029]进一步的，计算模型建立模块，用于建立二维轴对称计算模型，对航行体和空泡的边界进行离散，并设置航行体和气泡的初始条件，并进行节点布置；
[0030]上升运动数值模拟模块，用于采用边界元法与辅助函数法相结合的方法，对航行体发射后的上升运动进行数值模拟；
[0031]肩空泡掐断监视模块，用于运行代码进行计算，直至航行体头部出水，肩空泡从中部被环状射流掐断。
[0032]本专利技术的有益效果：本专利技术的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，减少了航行体出水过程中肩空泡发展和溃灭预报、计算所需的时间与算力成本，成本低，具有较好的可重复性。
附图说明
[0033]图1为自由面、航行体和空泡表面二维轴轴对称节点布置；
[0034]图2为航行体肩空泡发展过程计算结果图；
[0035]图3为肩空泡在出水过程中受自由面耦合效应影响所产生的环状射流局部细节图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法包括以下步骤：
[0038]S100、确定航行体的各项基本参数，采用离散化轴对称节点模型来表示航行体表面；
[0039]S200、设置气泡和航行体的初始条件，根据边界元法和辅助函数法，采用自编程代码，对气泡出水前的航行体运动和气泡发展过程进行计算；
[0040]S300、计算过程中考虑自由面和气泡、航行体的耦合效应，直至航行体出水、肩空泡在自由面的耦合作用下被环向射流掐断掐断。
[0041]具体的，本专利技术采用了一种特殊的交界点处理方法，可以用于处理气泡头尾的复杂三相接触流动，将多相流模型简化，使交界点同时满足空泡面上的Dirichlet边界条件(动力学边界条件)和航行体表面上的N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，其特征在于，所述研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法包括以下步骤：S100、确定航行体的各项基本参数，采用离散化轴对称节点模型来表示航行体表面；S200、设置气泡和航行体的初始条件，根据边界元法和辅助函数法，采用自编程代码，对气泡出水前的航行体运动和气泡发展过程进行计算；S300、计算过程中考虑自由面和气泡、航行体的耦合效应，直至航行体出水、肩空泡在自由面的耦合作用下被环向射流掐断掐断。2.根据权利要求1所述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，其特征在于，S100中，具体的，对航行体和空泡的边界进行离散，其中，航行体的尺寸是已知的。3.根据权利要求2所述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，其特征在于，S200中，所述气泡和航行体的初始条件包括航行体的初始深度H、初始速度v0，气泡的初始大小R0和初始压力p
v
，初始时刻为航行体处于初始深度的时刻。4.根据权利要求3所述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，其特征在于，在S200中，在设置好气泡和航行体的初始条件后，还需要进行节点布置，所述节点包括航行体表面节点、气泡表面节点和自由面节点。5.根据权利要求4所述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，其特征在于，S200中，具体的，采用边界元法与辅助函数法相结合的方法，对航行体发射后的上升运动进行数值模拟：初始时刻所有结点的法向速度已知，将流场内的拉普拉斯方程在航行体和空泡表面节点处进行离散，将所述流场内的拉普拉斯方程转化为离散边界上的边界积分方程，通过所述离散边界上的边界积分方程求解气泡节点的速度势法向导数，进而对所述气泡下一时刻的位置进行更新，式中，表示模型表面所有节点的速度势，q表示边界上的积分点，p表示边界上的控制点，s表示所有流场的边界，包括自由面的无穷远边界，n为边界法向量，规定其正向指向流场外，λ为控制点p处的流场立体角，G为格林函数。6.根据权利要求5所述的一种研究水下发射航行体肩空泡发展溃灭的方法，其特征在于，S300中，具体的，在初始时刻之后，所有时刻的气泡表面节点的速度势和结构节点的速度势法向导数皆为已知，利用边界积分方程，求解气泡表面的速度势法向导数，从而对气泡表...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，顾靖愚，张阿漫，王诗平，王洁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：