[发明专利]仿生波动鳍水面稳性分析方法、系统、设备及可读存储介质

权利要求书

1.仿生波动鳍水面稳性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，基于待计算仿生波动鳍的三维物理模型构建波动鳍鳍面运动方程，基于波动鳍鳍面运动方程建立波动鳍动力学模型；

建立鳍面坐标系o-xyz，其中x轴指向波动鳍基线，y轴指向鳍宽方向，z轴与xoy平面垂直指向下，在鳍面坐标系下，波动鳍鳍面运动方程为：

其中，参数h和l为鳍面上一点p的空间坐标，θ_m为波动鳍运动幅值，T为波动鳍运动周期，w为波动鳍运动相位差，λ为行波波长；取定时间t＝0s即可确定波动鳍初始空间位置；

基于流体力学理论建立波动鳍的动力学模型，取鳍面上一微元面，根据流阻模型求得该微元面上的应力分布，最后通过曲面积分即可获得各分力，得到波动鳍动力学模型：

其中，b为鳍面宽度，l_m为鳍面长度，ρ为流体密度，C_n为面元阻力系数，为法向速度矢量，为单位法矢量，θ′_l为θ关于l的偏导数，θ′_t为θ关于t的偏导数，U_x为波动鳍随推进器沿x方向的运动速度，sgn(x)为符号函数；

S2，根据波动鳍动力学模型构建仿生波动鳍水面稳性理论计算模型；

S3，采用CFD方法对基于仿生波动鳍水面稳性理论计算模型的仿生波动鳍进行水面稳性数值计算，获得波动鳍倾斜后的稳性复原力矩变化曲线；

S4，根据稳性复原力矩变化曲线，通过拟合方法计算得到面元阻力系数，基于面元阻力系数修正仿生波动鳍水面稳性理论计算模型，根据修正后的仿生波动鳍水面稳性理论计算模型计算得到仿生波动鳍两栖推进器在不同负载条件和不同横倾角下的稳性性能，完成水面稳性分析。

2.根据权利要求1所述的仿生波动鳍水面稳性分析方法，其特征在于，根据构建的波动鳍动力学模型推导计算左右侧波动鳍波动运动产生的稳性复原力矩，同时通过三维建模软件计算获得横倾后中部舱体由于排水体积形状改变产生的复原力矩，建立稳性理论计算模型：

其中，为波动鳍升力对过重心G的G-G轴的复原力矩，为波动鳍侧向力对G-G轴的复原力矩，D为波动鳍入水区域，k取1,2分别表示推进器左右两侧波动鳍，为鳍面上一点p在该侧波动鳍坐标系下的坐标，为推进器重心G在对应一侧波动鳍坐标系下的坐标，为推进器横倾后产生的总复原力矩，为推进器舱体横倾后产生的复原力矩。

3.根据权利要求1所述的仿生波动鳍水面稳性分析方法，其特征在于，根据波动鳍尺寸参数和鳍面运动方程确定鳍面初始的空间位置，建立仿真计算物理模型，并将波动鳍模型按一定横倾角放置于外流场中；进而确定外流场计算域范围和边界条件。

4.根据权利要求3所述的仿生波动鳍水面稳性分析方法，其特征在于，取定横倾角将其放置于流场计算域中，划分高质量网格并导入软件Fluent中，进行数值求解相关参数设定，采用雷诺平均纳维-斯托克斯RANS方程求解流场：

其中，是雷诺应力，δ_ij是克罗内克函数，p是压力，μ是动力粘性系数，ρ是流体密度。

5.根据权利要求1所述的仿生波动鳍水面稳性分析方法，其特征在于，基于数值计算结果修正后的仿生波动鳍水面稳性理论计算模型计算得到仿生波动鳍两栖推进器在不同负载条件和不同横倾角下的稳性复原力矩，求解出推进器在相应负载条件下的静稳性曲线和动稳性曲线，完成仿生波动鳍的水面稳性分析。