[发明专利]基于半解析方程的锥形阻力伞拖曳阻力预测方法及系统

说明书

本发明属于计算流体力学技术领域，提供了一种基于半解析方程的锥形阻力伞拖曳阻力预测方法及系统。该方法包括，获取锥形阻力伞所处海水的水流流速以及锥形阻力伞的大径、伞长和回转轴线相对水流方向的摆动角度；基于锥形阻力伞所处海水的水流流速以及锥形阻力伞的大径、伞长和回转轴线相对水流方向的摆动角度，利用半解析方程，得到锥形阻力伞平行水流方向的正向拖曳阻力和垂直水流方向的侧向拖曳阻力。本发明通过根据半解析方程，提高了锥形阻力伞的拖曳阻力预测的精确度。

技术领域

本发明属于计算流体力学技术领域，尤其涉及一种基于半解析方程的锥形阻力伞拖曳阻力预测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

深海近底拖曳式多道地震探测系统（以下简称深拖系统）是精准勘查海底战略资源的装备，如附图1所示，主要包括母船1、拖缆2、拖体3、拖曳线列阵4、细绳5和阻力伞6。阻力伞安装在深拖系统尾部，其提供的作用力可以减少系统中线列阵的摆动，保持线列阵平直从而提高系统测量精度。但阻力伞提供过大拖曳阻力时会使得深拖系统整体上浮，影响拖曳深度。为深拖系统选配合适尺寸的阻力伞，需要研究不同拖曳工况下不同尺寸阻力伞的拖曳阻力。

借助计算流体动力学仿真的方法，可以获得阻力伞在某一给定工况条件下的拖曳阻力，但是阻力伞的设计无法脱离深拖系统整体，需要和拖曳线列阵、拖体、拖曳缆等一起分析。构建深拖系统模型会造成数据计算、分析量大，借助计算流体动力学仿真优化阻力伞尺寸计算效率低。尽管使用机器学习代理模型可以快速获取锥形阻力伞的拖曳阻力，使用该方法的前提是必须拥有代理模型才能计算拖曳阻力，不便于广泛应用，不具有普适性。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于半解析方程的锥形阻力伞拖曳阻力预测方法及系统，其采用半解析方程，结合阻力伞尺寸参数和拖曳工况就可以直接计算出阻力伞的拖曳阻力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种基于半解析方程的锥形阻力伞拖曳阻力预测方法。

基于半解析方程的锥形阻力伞拖曳阻力预测方法，包括：

获取锥形阻力伞所处海水的水流流速以及锥形阻力伞的大径、伞长和回转轴线相对水流方向的摆动角度；

基于锥形阻力伞所处海水的水流流速以及锥形阻力伞的大径、伞长和回转轴线相对水流方向的摆动角度，利用半解析方程，得到锥形阻力伞的拖曳阻力。

进一步地，所述半解析方程包括正向阻力半解析方程和侧向阻力半解析方程。

更进一步地，求解所述正向阻力半解析方程，得到的拖曳阻力为沿锥形阻力伞回转轴线方向的拖曳阻力。

更进一步地，所述正向阻力半解析方程为：

其中，， c₁₁=47.6， c₁₂=706， c₁₃=-8， c₁₄=-4515.3， c₁₅=-1.5，为锥形阻力伞的正向阻力， C₁为系数， v为水流流速， R为锥形阻力伞的大径半径， L为锥形阻力伞的伞长，为锥形阻力伞回转轴线相对水流方向的摆动角度。