【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及船型設計，特別是一種水下航行體的低阻力船型設計方法。
技術介紹
1、傳統全浸濕水下航行體在壁面摩擦阻力的作用下，其極限航行速度約為40m/s(80kn)。若能全局或局部改變航行體壁面接觸介質的物理性質，特別是衡量流體摩擦作用大小的粘度，便能實現航速的極大突破。這一設計理念催生了空化與湍流減阻技術，即利用自然或通氣的空泡全部或部分地包絡潛航器表面以實現減阻，這是空泡特性的主要良性應用之一。
2、空化與湍流減阻技術應用于水下航行體可降低阻力提高航行速度。這種水下航行體在海洋中能夠執行巡邏和攻擊任務，大大提高快速突防和突襲攻擊能力。
3、空化及湍流減阻技術設計面臨諸多挑戰，特別是應用于千噸級的大型水下航行體上。空化及湍流流動所具有的多相、湍流、相變、非定常等復雜流動特性，對水下航行體的穩定性和操縱性設計提出了更高要求。特別地，超高速水下航行體的高航速是通過超空泡包裹航行體減小阻力得來的，而超空泡在極大減小航行體所受流體阻力的同時也會讓航行體喪失大部分浮力，在這種前提下如何實現航行體的航行力學平衡，這需要對其穩定運動模式進行合理設計。
技術實現思路
1、本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種水下航行體的低阻力船型設計方法，有效應對空化及湍流流動所特有的多相、湍流、相變、非定常等復雜流動特性，進一步滿足水下航行體的穩定性和操縱性。
2、本專利技術的技術解決方案是：提供一種水下航行體的低阻力船型設計方法，包括：
4、s2：根據不同類型線型的特性，選擇不同參數平方多項式線型方程，來確定頭部線型方程和尾部線型方程；
5、s3：根據頭部線型方程和尾部線型方程中可調參數的允許取值范圍及可調參數的變化對線型特性的影響，確定可調參數的數值，獲得頭部初步線型和尾部初步線型；
6、s4：根據水下航行體外形的基本幾何參數及頭部初步線型和尾部初步線型，形成初步水下航行體外形；
7、s5：對初步水下航行體外形進行檢驗，調整設計參數，得到滿足技術要求的最終行形體外形。
8、進一步，步驟s1中的基本幾何參數，包括水下航行體的總長度、頭部長度、尾部長度、直徑、鰭舵布局、螺旋槳參數。
9、進一步，步驟s2中的參數平方多項式線型方程，計算公式分別為：
10、(1)雙參數平方多項式圓頭線型方程
11、y2＝r0r(x)+ks1ks1(x)+q(x),0≤x≤1
12、(2)雙參數平方根多項式圓頭線型方程
13、
14、(3)單參數立方多項式平頭線型方程
15、
16、(4)單參數立方根多項式平頭線型方程
17、
18、(5)雙參數平方多項式尖頭或尖尾線型方程
19、
20、(6)雙參數一般多項式尖頭或尖尾線型方程
21、
22、其中，x為橫向坐標無量綱參數，取頭、尾部橫向坐標分別與頭部、尾部長度之比；y為縱向坐標無量綱參數，取縱向坐標與水下航行體最大半徑之比；r0為數學線型在x＝0處的曲率半徑；r(x)為r0的影響函數；為x＝1處的曲率變化率；ks1(x)為的影響函數；q(x)為線型其他影響函數；ks0為線型與前端平面交接處的曲率變化率；ks0為ks0的影響函數；s為x＝0處的斜率；s(x)為s的影響函數。
23、進一步，各參數平方多項式線型方程的影響函數，具體形式為：
24、(1)雙參數平方多項式圓頭線型方程，具體表達式為
25、y2＝r0r(x)+ks1ks1(x)+q(x)
26、r(x)＝2x(x-1)4
27、
28、q(x)＝1-(x-1)4(4x+1)
29、(2)雙參數平方根多項式圓頭線型方程，具體表達式為
30、
31、q(x)＝1-(x-1)4
32、(3)單參數立方多項式平頭線型方程，具體表達式為
33、
34、q(x)＝x2(3x2-8x+6)
35、(4)單參數立方根多項式平頭線型方程，具體表達式為
36、
37、q(x)＝(x-1)3+1
38、(5)雙參數平方多項式尖頭或尖尾線型方程，具體表達式為
39、
40、s(x)＝x2(x-1)4
41、
42、q(x)＝1-(x-1)4(10x2+4x+1)
43、(6)雙參數一般多項式尖頭或尖尾線型方程，具體表達式為
44、
45、s(x)＝x(x-1)4
46、
47、q(x)＝1-(x-1)4(4x+1)
48、進一步，頭部線型方程采用(5)雙參數平方多項式尖頭線型或(6)雙參數一般多項式尖頭線型，尾部線型方程采用(5)雙參數平方多項式尖尾線型或(6)雙參數一般多項式尖尾線型；頭部線型方程的可調參數s、(4,10)或(3.5,8)，尾部線型方程的可調參數s、
49、進一步，步驟s5中對初步水下航行體外形進行檢驗方法包括：
50、計算水下航行體的豐滿度，檢驗是否滿足所需的容積要求；計算水下航行體表面壓力分布，檢驗在水下航行體既定的運動條件下是否滿足無空泡的要求；計算繞流邊界層及阻力系數，檢驗其力學及噪聲性能；
51、若有任一檢驗項不滿足設計要求，通過調整線型參數及水下航行體外形的基本幾何參數，直至滿足設計要求。
52、進一步，還包括s6：對通過s1～s5設計得到的水下航行體外形進行實驗確認與多次迭代完善。
53、進一步，所述步驟s6中，實驗確認方法包括但不限于cfd法。
54、進一步，所述步驟s5中，檢驗方法在所述步驟s6中得到的實驗數據基礎上進行，實驗數據包括水下航行體所受的壓差阻力和粘性阻力。
55、進一步，適用于千噸級水下航行體的低阻力船型設計。
56、本專利技術與現有技術相比的優點在于：
57、本專利技術所提供的一種水下航行體的低阻力船型設計方法，針對千噸級水下航行體的低阻力船型設計，給出了特定線型方程，結合可調參數優化線型特性，形成完整的航行體外形，并通過流體力學軟件進行了總體性能仿真測試，該方法能夠有效應對空化及湍流流動所特有的多相、湍流、相變、非定常等復雜流動特性，進一步滿足水下航行體的穩定性和操縱性等設計要求。
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1.一種水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：水下航行體外形的基本幾何參數，包括水下航行體的總長度、頭部長度、尾部長度、直徑、鰭舵布局、螺旋槳參數。
3.根據權利要求1所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：各參數平方多項式線型方程，計算公式分別為：
4.根據權利要求3所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：
5.根據權利要求4所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：頭部線型方程采用雙參數平方多項式尖頭線型或雙參數一般多項式尖頭線型，尾部線型方程采用雙參數平方多項式尖尾線型或雙參數一般多項式尖尾線型；頭部線型方程的可調參數s、(4,10)或(3.5,8)，尾部線型方程的可調參數s、(2,20)或(3,15)。
6.根據權利要求1所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：對初步水下航行體外形進行檢驗方法包括：
7.根據權利要求6所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：在得到滿足技術要求的最
8.根據權利要求7所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：實驗確認方法包括但不限于CFD法。
9.根據權利要求7所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：對初步水下航行體外形進行檢驗的檢驗方法在經過實驗確認得到的實驗數據基礎上進行，實驗數據包括水下航行體所受的壓差阻力和粘性阻力。
10.根據權利要求1～9任一所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：適用于千噸級水下航行體的低阻力船型設計。
...【技術特征摘要】
1.一種水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：水下航行體外形的基本幾何參數，包括水下航行體的總長度、頭部長度、尾部長度、直徑、鰭舵布局、螺旋槳參數。
3.根據權利要求1所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：各參數平方多項式線型方程，計算公式分別為：
4.根據權利要求3所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：
5.根據權利要求4所述的水下航行體的低阻力船型設計方法，其特征在于：頭部線型方程采用雙參數平方多項式尖頭線型或雙參數一般多項式尖頭線型，尾部線型方程采用雙參數平方多項式尖尾線型或雙參數一般多項式尖尾線型；頭部線型方程的可調參數s、(4,10)或(3.5,8)，尾部線型方程的可調參數s、(2,20)或(3,15)。...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于俊衛，孟凡琛，于航，關瑤，張宇飛，王虹陽，南子寒，
申請(專利權)人：北京航天控制儀器研究所，
類型：發明
國別省市：
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