【技术实现步骤摘要】
本申请涉及水下航行体水动力性能设计领域，尤其是一种x舵水下航行体的水动力计算方法。
技术介绍
1、相比于传统十字舵的水下航行体尾操纵面布局形式，x舵具有舵效好、卡舵冗余度高、横倾控制能力强等突出特点，成为了现代乃至未来水下航行体发展的趋势。但x舵带来的水动力干扰复杂、操舵困难等问题也成为了x舵工程实际应用中的突出难点。尤其x舵操舵过程中，当直航不存在姿态角与舵角的耦合问题；而当水下航行体斜航或者回转、俯仰过程中，将会因为侧向/垂向来流、以及回转角速度的缘故，将诱发舵与姿态角、舵与角速度的耦合问题，使得不同舵叶舵面来流攻角差异较大，将进一步导致不同x舵舵叶间舵效差距显著，严重者将会使得部分x舵舵叶舵效迅速增大，而其余舵叶舵效锐减为零。如x舵上舵出现下潜舵卡事故时，虽然将下舵操与上舵同样的舵角δx，理论上可以平衡上舵的舵力，但因为耦合了水下航行体来流攻角之后，上舵的局部来流攻角增大，舵效急剧提升，而下舵的局部来流攻角减小，舵效急剧下降导致实际操控过程中将会出现无法挽回的危险状态。
2、目前对于x舵及其与姿态角、角速度耦合的水动力表达，仍然沿用十字舵的表达形式，其根据水下航行体浮心处的侧向/垂向速度、水平面/垂直面角速度计算x舵的水动力，该种计算方式未能真实反映出x舵不同舵叶的局部来流攻角的差异，水动力表达不准确。
技术实现思路
1、本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种x舵水下航行体的水动力计算方法，本申请的技术方案如下：
2、一方面，提供一种x舵水下航行体
3、获取水下航行体航行过程中的姿态角以及角速度，所述水下航行体的艉舵为x舵；
4、基于所述姿态角以及所述角速度，计算所述x舵中每片舵叶的局部几何漂角；
5、基于每片舵叶的局部几何漂角以及每片舵叶的名义舵角，计算每片舵叶的局部来流攻角，所述名义舵角是指操纵舵叶转舵过程中的操纵舵角；
6、基于每片舵叶的所述名义舵角以及所述局部来流攻角进行回归，得到所述x舵中每片舵叶的水动力表达式。
7、其中，进一步的方案为：
8、所述基于所述姿态角以及所述角速度，计算所述x舵中每片舵叶的局部几何漂角，包括：
9、基于每片舵叶形心位置到水下航行体重心的距离，结合所述姿态角与所述角速度，计算得到所述x舵中每片舵叶的局部几何漂角。
10、所述计算得到所述x舵中每片舵叶的局部几何漂角的方式如下：
11、
12、其中，βr为所述局部几何漂角，β为所述姿态角，xr为所述舵叶形心位置到所述水下航行体重心的距离，r为所述角速度，v为航速。
13、所述计算每片舵叶的局部来流攻角的方式如下：
14、αr＝δx±βr
15、其中，αr为所述局部来流攻角，δx为所述名义舵角。
16、在所述角速度与所述名义舵角同向的情况下，计算所述x舵中每片舵叶的局部来流攻角的方式为：αr＝δx-βr；
17、在所述角速度与所述名义舵角反向的情况下，计算所述x舵中每片舵叶的局部来流攻角的方式为：αr＝δx+βr。
18、在考虑所述水下航行体整流效果的情况下，所述x舵的局部几何漂角如下所示：
19、β′r＝εβr
20、其中，ε为整流系数。
21、所述基于每片舵叶的所述名义舵角以及所述局部来流攻角进行回归，得到所述x舵中每片舵叶的水动力表达式，包括：
22、获取所述水下航行体整体水动力；
23、基于所述水下航行体的整体水动力、所述名义舵角以及所述局部来流攻角进行整体回归，得到所述x舵的水动力表达式。
24、所述水下航行体的整体水动力包含所述水下航行体的侧向力、偏航力矩、垂向力以及俯仰力矩；
25、所述基于所述水下航行体的整体水动力、所述名义舵角以及所述局部来流攻角进行整体回归，得到所述x舵的水动力表达式的方式如下：
26、基于所述水下航行体的整体水动力、所述名义舵角以及所述局部来流攻角建立回归方程；
27、其中，回归方程如下：
28、
29、其中，y为所述水下航行体的侧向力，n为所述水下航行体的偏航力矩，z为所述水下航行体的垂向力，m为所述水下航行体的俯仰力矩；为所述舵叶的侧向力，为所述舵叶的偏航力矩，为所述舵叶的垂向力，为所述舵叶的俯仰力矩；
30、基于所述回归方程进行整体回归，得到所述舵叶的侧向力、偏航力矩、垂向力以及俯仰力矩的表达式。
31、本申请的有益技术效果是：
32、本申请实施例中，提出一种精细化的x舵的水动力表达式计算方法，在计算过程中，根据水下航行体的姿态角以及角速度，计算每片舵叶的几何漂角，再结合每片舵叶的舵角大小，计算得到每片舵叶的局部来流攻角，再基于局部来流攻角以及舵角可回归得到x舵的局部水动力表达式。相较于相关技术中的计算方式，本申请提出的精细化的x舵水动力表达式可以x舵中不同局部舵叶为基准，真实反映x舵不同舵叶局部来流攻角的绕流特性，得到更准确的水动力表达式。
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1.一种X舵水下航行体的水动力计算方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述姿态角以及所述角速度，计算所述X舵中每片舵叶的局部几何漂角，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算得到所述X舵中每片舵叶的局部几何漂角的方式如下：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算每片舵叶的局部来流攻角的方式如下：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在考虑所述水下航行体整流效果的情况下，所述X舵的局部几何漂角如下所示：
7.根据权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，所述基于每片舵叶的所述名义舵角以及所述局部来流攻角进行回归，得到所述X舵中每片舵叶的水动力表达式，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水下航行体的整体水动力包含所述水下航行体的侧向力、偏航力矩、垂向力以及俯仰力矩。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述水下航行体的整体水动力、所
...【技术特征摘要】
1.一种x舵水下航行体的水动力计算方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述姿态角以及所述角速度，计算所述x舵中每片舵叶的局部几何漂角，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算得到所述x舵中每片舵叶的局部几何漂角的方式如下：
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算每片舵叶的局部来流攻角的方式如下：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在考虑所述水下航...
【专利技术属性】
技术研发人员：李迎华，李永成，张璇，潘子英，肖冬林，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：
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