[发明专利]一种用于水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法

说明书

本发明公开了一种用于水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法。包括下述步骤：a.构建水上飞机静水着水数值仿真模型；b.在所述的静水着水仿真模型上设计初始规则波波浪形态；c.对已设计初始规则波波浪形态的静水着水仿真模型内的质点进行动能赋值，形成水上飞机规则波着水仿真模型。本发明能够大幅提高水上飞机在规则波上的着水数值仿真计算效率和精度。

技术领域

本发明属于结构物入水流固耦合数值仿真中液体波浪动力特性仿真计算技术领域，具体涉及一种用于水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法。

背景技术

水上飞机着水数值仿真分析，属于结构物入水流固耦合仿真分析的一种。在分析技术上，经历多年的发展，由开始的水上飞机静水着水数值仿真分析，发展到规则波着水数值仿真分析、不规则波着水数值仿真分析，模型建模越来越复杂，网格数量越来越大，以至于计算量急剧增加，数值仿真的实用性受到很大制约。

水上飞机规则波/不规则波着水数值仿真分析，目前的建模方法主要参考摇板造波、推板造波的理论方法，利用摇波板或推板的往返运动，推动液体的运动进而形成波浪，然后进行水上飞机着水数值仿真分析。该造波方法的缺点明显：造波耗时巨大；得到的波浪参数误差较大；造波计算过程中累计误差影响容易中断计算。

水上飞机着水性能的评估，主要参考水上飞机在规则波上的着水性能进行评估。因此，水上飞机规则波着水数值仿真分析，对促进水上飞机的发展起到重大作用。

发明内容

本发明的目的是：提供了一种用于水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法。本发明能够大幅提高水上飞机在规则波上的着水数值仿真计算效率和精度。

本发明的技术方案是：一种用于水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法，包括下述步骤：

a.构建水上飞机静水着水数值仿真模型；

b.在所述的静水着水仿真模型上设计初始规则波波浪形态；

c.对已设计初始规则波波浪形态的静水着水仿真模型内的质点进行动能赋值，形成水上飞机规则波着水仿真模型。

前述的水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法的步骤a中，水上飞机静水着水数值仿真模型的构建原则为：考虑飞机在波浪水面着水后的滑行距离，建立“固-液-气”耦合水上飞机静水着水数值仿真模型。

前述的水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法的步骤a中，水上飞机静水着水数值仿真模型的构建方法为：

依据飞机总体气动外形，划分飞机结构有限元模型，不考虑水上飞机机体结构弹性特性，采用刚性体材料属性；

依据水上飞机重量特性，给飞机赋质量特性数据，定义“飞机-水体-空气”的耦合关系，定义流体边界条件；

定义水上飞机初始着水速度和输出项，采用ALE法或EULER法，完成水上飞机静水着水数值仿真计算模型的构建。

前述的水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法中，所述的水上飞机静水着水数值仿真模型包括飞机结构模型、水流体模型和空气模型；所述的飞机结构模型的网格单元为拉格朗日单元；水流体模型和空气模型的网格单元均为ALE单元或EULER单元。

前述的水上飞机着水数值仿真的规则波造波方法的步骤b中，初始规则波波浪形态的设计方法为：

根据水上飞机静水着水数值仿真分析模型生成的仿真计算输入文件和规则波自由液面方程(1)，使模型中网格单元的节点坐标发生移动，形成初始规则波波浪形态；

η(x,t)＝a cos(kx-ωt) (1)

式中，η为距离平衡面的位移；a表示微幅波振幅；k表示波数；ω为波动圆频率；t为时间；x为站位。