【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于跨域出水，尤其涉及一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法。
技术介绍
1、航行体的跨域出水在军事领域能够作为侦查平台提升武器的突防能力，完成攻击任务；在民用领域，可以作为远海探测器，在空中飞行快速接近目标区域后入水探测，完毕后再出水返航。在军事、民用方面均有广阔的应用场景，航行体跨域出水角变化规律的研究对进一步掌握航行体水-空两栖变化至关重要。
2、目前，对航行体的跨域出水研究主要集中在航行体较高航速下带空泡垂直出水，此过程需要水下发射装置或平台，且发射装置较为复杂、成本较高、操作难度较大；航行体的较高航速带空泡出水则在航行体附带空泡接触自由液面发生溃灭时对航行体结构强度、出水稳定性产生较大影响；在航行体完成跨域出水后，若航行体试验失败，或航行体顺利完成跨域出水，自然掉落过程中若不及时撤退发射平台或发射装置，则对其产生损坏。此外，由于出水问题十分复杂，涉及的物理模型存在多相耦合、强间断、难收敛的问题，目前难以构建精确的数学模型；开展实物出水试验对场地和设备要求较高，对出水角等实验条件的控制难度较大，成本较高。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，能够确定单一变量下俯仰角与各状态参数的函数关系，为构建准确的航行体出水数学模型以及航行体跨域出水的控制规律的研究提供数据支撑。
2、一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，包括以下步骤：
3、s1：获取影响出水角大小的状态参数，且状态
4、s2：基于单一控制变量原则，将各状态参数分别作为当前变量，其余状态参数作为常量参数执行映射关系获取操作，分别得到出水角与各状态参数的映射关系，且映射关系获取操作为：
5、s21：为当前变量设定不同的取值，将当前变量的各取值和各常量参数作为航行体三维模型的初始状态，令航行体三维模型在三维数值水池中进行多次模拟运动，模拟运动包括三个阶段：水下航行阶段、气液两相阶段、空中航行阶段，且三维数值水池中水流为微幅波状态；
6、s22：在当前变量的不同取值下，分别获取航行体三维模型在各次模拟运动中三个阶段的出水角随时间变化曲线；
7、s23：将当前变量的不同取值下对应的出水角进行拟合，得到出水角与当前变量之间的映射关系。
8、进一步地，所述当前变量作为横轴，出水角作为纵轴，则所述出水角与当前变量之间的映射关系表示如下：
9、
10、其中，a表示随着时间t变化的出水角，h表示航行体三维模型的头部与三维数值水池中自由液面之间的距离，常量参数为状态参数中除当前变量以外的所有状态参数，为微幅波的函数表达式，且有：
11、
12、其中，(x,y)为航行体三维模型在大地坐标系下的位置坐标，h波高为微幅波的高度，h水深为自由液面的深度，k为一个周期内的波数，且l为微幅波的波长，g为重力加速度，σ为微幅波的角速度，且t为微幅波的周期。
13、进一步地，当三维数值水池中水流为微幅波状态时，修改微幅波状态中高度h波高、波长l、周期t、深度h水深、距离h的取值，得到不同的微幅波状态，在微幅波的不同状态下，重复步骤s1-s2，得到不同微幅波状态下，出水角与各状态参数的映射关系。
14、进一步地，航行体三维模型在三维数值水池中进行多次模拟运动时，在当前变量的不同取值下，还可以分别获取航行体三维模型在各次模拟运动中三个阶段的受力状态、运动状态以及位置信息，其中，受力状态包括航行体三维模型在大地坐标系三个坐标轴x、y、z上所受的力fx、fy、fz以及力矩mx、my、mz，运动状态包括航行体三维模型在大地坐标系三个坐标轴x、y、z上的速度vx、vy、vz以及旋转角速度p、q、r，位置信息为航行体三维模型在大地坐标系三个坐标轴x、y、z上的位移px、py、pz；
15、将当前变量的不同取值下对应的受力状态进行拟合，得到各受力状态与当前变量之间的映射关系；
16、获取各受力状态与所有状态参数之间的映射关系后，在各受力状态下，将当前受力状态与所有状态参数之间的映射关系进行加权求和，得到各受力状态与所有状态参数之间的映射关系如下：
17、
18、
19、
20、
21、
22、
23、其中，fx(*)(t)为航行体三维模型在大地坐标系x轴上所受的力fx与当前变量*的映射关系，fy(*)(t)为航行体三维模型在大地坐标系y轴上所受的力fy与当前变量*的映射关系，fz(*)(t)为航行体三维模型在大地坐标系z轴上所受的力fz与当前变量*的映射关系，mx(*)(t)为航行体三维模型在大地坐标系x轴上所受的力矩mx与当前变量*的映射关系，my(*)(t)航行体三维模型在大地坐标系y轴上所受的力矩my与当前变量*的映射关系，mz(*)(t)航行体三维模型在大地坐标系z轴上所受的力矩mz与当前变量*的映射关系，μx(*)为当前变量*对应的映射关系的fx(*)(t)的权重，μy(*)当前变量*对应的映射关系的fy(*)(t)的权重，μz(*)当前变量*对应的映射关系的fz(*)(t)的权重，βx(*)当前变量*对应的映射关系的mx(*)(t)的权重，βy(*)当前变量*对应的映射关系的my(*)(t)的权重，βz(*)当前变量*对应的映射关系的mz(*)(t)的权重。
24、进一步地，判断航行体三维模型在模拟运动中的所处阶段的方法为：
25、根据航行体三维模型的出水角a获取模拟运动中航行体三维模型的尾部与三维数值水池中自由液面之间的距离h：
26、h＝-h-l2×sina
27、其中，l2为航行体三维模型的浮心与尾部的距离，h为航行体三维模型的头部与三维数值水池中自由液面之间的距离；
28、根据距离h的大小判断航行体三维模型在模拟运动中的所处阶段，其中，当距离h和距离h均小于0时，航行体三维模型处于水下航行阶段；当距离h小于0同时h大于0时，航行体三维模型处于气液两相阶段；当距离h大于0时，航行体三维模型处于空中航行阶段。
29、进一步地，所述三维数值水池基于cfd软件，采用vof方法、k-ε模型以及重叠网格技术构建得到。
30、有益效果：
31、1、本专利技术提供一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，根据航行体三维模型建立数值水池；单一变量原则确定航行体初始参数；修改单一变量数值，重复进行计算，确定单一变量下俯仰角、各状态参数、距离自由液面高度的关系曲线及函数关系；由此可见，本专利技术可以掌握出水过程所造成的偏差量，可以在出水过程中采取一定的措施及控制规律使得出水角保持在一定的范围内，可以根据偏差量预测出水后的出水角及出水轨迹，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，所述当前变量作为横轴，出水角作为纵轴，则所述出水角与当前变量之间的映射关系表示如下：
3.如权利要求2所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，当三维数值水池中水流为微幅波状态时，修改微幅波状态中高度H波高、波长L、周期T、深度h水深、距离h的取值，得到不同的微幅波状态，在微幅波的不同状态下，重复步骤S1-S2，得到不同微幅波状态下，出水角与各状态参数的映射关系。
4.如权利要求1所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，航行体三维模型在三维数值水池中进行多次模拟运动时，在当前变量的不同取值下，还可以分别获取航行体三维模型在各次模拟运动中三个阶段的受力状态、运动状态以及位置信息，其中，受力状态包括航行体三维模型在大地坐标系三个坐标轴X、Y、Z上所受的力Fx、Fy、Fz以及力矩Mx、My、Mz，运动状态包括航行体三维模型在大地坐标系三个坐标轴X、Y、Z上的速度Vx
5.如权利要求1所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，判断航行体三维模型在模拟运动中的所处阶段的方法为：
6.如权利要求1～5任一权利要求所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，所述三维数值水池基于CFD软件，采用VOF方法、k-ε模型以及重叠网格技术构建得到。
...【技术特征摘要】
1.一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，所述当前变量作为横轴，出水角作为纵轴，则所述出水角与当前变量之间的映射关系表示如下：
3.如权利要求2所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，当三维数值水池中水流为微幅波状态时，修改微幅波状态中高度h波高、波长l、周期t、深度h水深、距离h的取值，得到不同的微幅波状态，在微幅波的不同状态下，重复步骤s1-s2，得到不同微幅波状态下，出水角与各状态参数的映射关系。
4.如权利要求1所述的一种微幅波下的航行体大倾角出水角估计方法，其特征在于，航行体三维模型在三维数值水池中进行多次模拟运动时，在当前变量的不同取值下，...
【专利技术属性】
技术研发人员：水源可，可伟，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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