跨介质航行器的仿真方法、系统、设备及存储介质技术方案

本申请实施例提供了一种跨介质航行器的仿真方法、系统、设备及存储介质，跨介质航行器的仿真方法包括：获取设置在跨介质航行器上的传感器采集到的跨介质航行器的运动状态参数，以及设置在跨介质航行器所处环境中的传感器采集到的跨介质航行器的所处环境参数；对运动状态参数和所处环境参数进行标准化处理，得到标准化处理后的运动状态参数和所处环境参数；将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果。根据本申请实施例，能够提高跨介质航行器的仿真计算结果的准确性。确性。确性。

【技术实现步骤摘要】
跨介质航行器的仿真方法、系统、设备及存储介质


[0001]本申请属于航行器
，尤其涉及一种跨介质航行器的仿真方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]跨介质航行器是一种能够在不同介质（如水下、水面、空中等）中进行运动和操作的航行器。为了提高跨介质航行器的设计效果和性能，使航行器能够在不同介质中完成稳定的跨域航行，需要对跨介质航行器进行仿真计算，以模拟航行器在复杂介质环境中的行为。
[0003]现有技术在对跨介质航行器进行仿真计算时，通常只考虑了单一物理场对航行器的影响，而没有考虑多物理场间的耦合效应对航行器的影响。因此，难以有效模拟跨介质航行器在多物理场耦合环境下的行为，仿真结果的准确性也较低。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种跨介质航行器的仿真方法、系统、设备及存储介质，能够提高跨介质航行器的仿真计算结果的准确性。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种跨介质航行器的仿真方法，跨介质航行器的仿真方法包括：获取设置在跨介质航行器上的传感器采集到的跨介质航行器的运动状态参数，以及设置在跨介质航行器所处环境中的传感器采集到的跨介质航行器的所处环境参数；对运动状态参数和所处环境参数进行标准化处理，得到标准化处理后的运动状态参数和所处环境参数；将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果，仿真计算结果包括跨介质航行器在所处环境中的速度分布数据、应力应变分布数据和载荷分布数据；多物理场耦合模型为跨介质航行器的数字孪生模型，多物理场耦合模型由跨介质航行器在不同目标物理场下对应的多个数字孪生子模型耦合得到。
[0006]根据本申请第一方面的实施方式，在通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算之前，跨介质航行器的仿真方法还包括：获取跨介质航行器的外形尺寸参数和材料属性参数；根据跨介质航行器的外形尺寸参数和材料属性参数，构建跨介质航行器的物理实体模型；根据跨介质航行器的多个目标物理场，构建物理实体模型在不同目标物理场下对应的多个数字孪生子模型；目标物理场包括压力场、速度场、涡量场和湍流动能场中的至少两项，数字孪生子模型包括应力分析子模型、结构力学子模型、空气动力学子模型和水动力学子模型中的至少两项，数字孪生子模型用于表征跨介质航行器在对应的目标物理场下的运动状态、结构体的应力应变状态和/或结构体的载荷分布状态；根据多个目标物理场之间的相互作用，对多个数字孪生子模型进行耦合，得到耦合后的多物理场耦合模型。
[0007]根据本申请第一方面前述任一实施方式，通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果，包括：基于对跨介质航行器进行仿真迭代计算的计
算需求，以及物理实体模型的复杂程度，将物理实体模型划分为多个结构化和/或非结构化的数值网格；基于目标数值求解方法，通过多物理场耦合模型对数值网格进行仿真迭代计算，得到不同数值网格分别对应的仿真计算结果；目标数值求解方法包括有限差分法、有限元法和边界元法中的任意一项。
[0008]根据本申请第一方面前述任一实施方式，将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果，包括：将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到迭代计算的计算结果；在计算结果不符合预设收敛条件的情况下，将计算结果作为新的初始条件，返回执行通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，直至计算结果符合预设收敛条件，将符合预设收敛条件的计算结果作为仿真计算结果。
[0009]根据本申请第一方面前述任一实施方式，在通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果之后，跨介质航行器的仿真方法还包括：对仿真计算结果进行数据可视化展示，得到跨介质航行器在所处环境中结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态；在结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态不符合目标状态的情况下，根据应力应变分布状态和载荷分布状态，对跨介质航行器的结构体进行分析，得到分析结果，分析结果包括不同目标物理场之间的相互作用，以及跨介质航行器的运动状态参数、外形尺寸参数和材料属性参数对结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态的影响程度；根据分析结果，对跨介质航行器的性能指标进行评估，得到评估结果，性能指标包括跨介质航行器的阻力、升力、操纵性和稳定性；根据评估结果，对跨介质航行器的速度和姿态进行调整，并返回执行获取设置在跨介质航行器上的传感器采集到的跨介质航行器的运动状态参数，以及设置在跨介质航行器所处环境中的传感器采集到的跨介质航行器的所处环境参数，直至结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态符合目标状态。
[0010]根据本申请第一方面前述任一实施方式，对仿真计算结果进行数据可视化展示，包括：根据仿真计算结果，绘制不同目标物理场的场量分布图、跨介质航行器的应力应变分布图、跨介质航行器的载荷分布图，并计算跨介质航行器的性能指标。
[0011]第二方面，本申请实施例提供了一种跨介质航行器的仿真系统，跨介质航行器的仿真系统包括：参数获取模块，分别与设置在跨介质航行器上的传感器，以及设置在跨介质航行器所处环境中的传感器建立通信连接，用于获取设置在跨介质航行器上的传感器采集到的跨介质航行器的运动状态参数，以及设置在跨介质航行器所处环境中的传感器采集到的跨介质航行器的所处环境参数；数字孪生模型构建模块，用于构建多物理场耦合模型，多物理场耦合模型为跨介质航行器的数字孪生模型，多物理场耦合模型由跨介质航行器在不同目标物理场下对应的多个数字孪生子模型耦合得到；多物理场耦合仿真模块，用于对运动状态参数和所处环境参数进行标准化处理，得到标准化处理后的运动状态参数和所处环境参数；多物理场耦合仿真模块，还用于将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果，仿真计算结果包括跨介质航行器在所处环境中的速度分布数据、应力应变分布数据和载荷分布数据。
[0012]根据本申请第二方面的实施方式，跨介质航行器的仿真系统还包括：仿真结果分析模块，用于对仿真计算结果进行数据可视化展示，得到跨介质航行器在所处环境中结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态；仿真结果分析模块，还用于在结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态不符合目标状态的情况下，根据应力应变分布状态和载荷分布状态，对跨介质航行器的结构体进行分析，得到分析结果，分析结果包括不同目标物理场之间的相互作用，以及跨介质航行器的运动状态参数、外形尺寸参数和材料属性参数对结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态的影响程度；仿真结果分析模块，还用于根据分析结果，对跨介质航行器的性能指标进行评估，得到评估结果，性能指标包括跨介本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨介质航行器的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：获取设置在所述跨介质航行器上的传感器采集到的所述跨介质航行器的运动状态参数，以及设置在所述跨介质航行器所处环境中的传感器采集到的所述跨介质航行器的所处环境参数；对所述运动状态参数和所述所处环境参数进行标准化处理，得到标准化处理后的运动状态参数和所处环境参数；将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果，所述仿真计算结果包括所述跨介质航行器在所处环境中的速度分布数据、应力应变分布数据和载荷分布数据；所述多物理场耦合模型为所述跨介质航行器的数字孪生模型，所述多物理场耦合模型由所述跨介质航行器在不同目标物理场下对应的多个数字孪生子模型耦合得到。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过多物理场耦合模型对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算之前，所述方法还包括：获取所述跨介质航行器的外形尺寸参数和材料属性参数；根据所述跨介质航行器的外形尺寸参数和材料属性参数，构建所述跨介质航行器的物理实体模型；根据所述跨介质航行器的多个目标物理场，构建所述物理实体模型在不同目标物理场下对应的多个数字孪生子模型；所述目标物理场包括压力场、速度场、涡量场和湍流动能场中的至少两项，所述数字孪生子模型包括应力分析子模型、结构力学子模型、空气动力学子模型和水动力学子模型中的至少两项，所述数字孪生子模型用于表征所述跨介质航行器在对应的目标物理场下的运动状态、结构体的应力应变状态和/或结构体的载荷分布状态；根据所述多个目标物理场之间的相互作用，对所述多个数字孪生子模型进行耦合，得到耦合后的所述多物理场耦合模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过多物理场耦合模型对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果，包括：基于对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算的计算需求，以及所述物理实体模型的复杂程度，将所述物理实体模型划分为多个结构化和/或非结构化的数值网格；基于目标数值求解方法，通过多物理场耦合模型对所述数值网格进行仿真迭代计算，得到不同数值网格分别对应的仿真计算结果；所述目标数值求解方法包括有限差分法、有限元法和边界元法中的任意一项。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果，包括：将标准化处理后的运动状态参数作为初始条件，标准化处理后的所处环境参数作为工况条件，通过多物理场耦合模型对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到迭代计算的计算结果；在所述计算结果不符合预设收敛条件的情况下，将所述计算结果作为新的初始条件，
返回执行所述通过多物理场耦合模型对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算，直至所述计算结果符合预设收敛条件，将符合预设收敛条件的计算结果作为所述仿真计算结果。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述通过多物理场耦合模型对所述跨介质航行器进行仿真迭代计算，得到仿真计算结果之后，所述方法还包括：对所述仿真计算结果进行数据可视化展示，得到所述跨介质航行器在所处环境中结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态；在所述结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态不符合目标状态的情况下，根据所述应力应变分布状态和所述载荷分布状态，对所述跨介质航行器的结构体进行分析，得到分析结果，所述分析结果包括不同目标物理场之间的相互作用，以及所述跨介质航行器的运动状态参数、外形尺寸参数和材料属性参数对所述结构体的应力应变分布状态和载荷分布状态的影响程度；根据所述分析结果，对所述跨介质航行器的性能指标进行评估，得到评估结果，所述性能指标包括所述跨介质航行器的阻力、升力、操纵性和稳定性；根据所述评估结果，对所述跨介质航行器的速度和姿态进行调整，并返回执行所述获取设置在所述跨介质航行器上的传感器采集到的所述跨...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏源，段慧玲，邹勇，李秉臻，李超辉，成名，
申请(专利权)人：北京大学南昌创新研究院，
类型：发明
国别省市：