[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

说明书

本发明公开了一种仿生波动鳍水面稳性分析方法、系统、设备及可读存储介质，根据仿生学原理建立波动鳍鳍面运动方程，基于波动鳍运动学方程及流体力学理论构建了波动鳍动力学模型，进而得到波动鳍水面稳性计算模型，并采用数值计算方法进行修正，获得推进器稳性复原力矩，从而实现仿生波动鳍水面稳性性能分析；本发明提出的水面稳性计算模型，通过数值求解方法进行修正，提高了稳性预测结果的准确性，得到了仿生波动鳍推进器的静、动稳性变化曲线以及稳性复原力矩与横倾角和负载条件之间变化规律，有效预测了仿生推进器的水面稳性性能，极大的节省了人力物力、实验成本及时间成本，为仿生推进器进一步提升稳性性能、推进性能和结构设计优化奠定了基础。

技术领域

本发明属于两栖推进器技术领域，具体涉及一种仿生波动鳍水面稳性分析方法、系统、设备及可读存储介质。

背景技术

智能水陆两栖航行器作为新型海洋装备发展的关键技术之一，对海洋探索开发、侦察及协同作战等领域发展具有重大的推进作用。在高性能、强机动性等需求的牵引下，受自然生物启发的仿生两栖推进器逐渐成为研究热点，其中仿生波动鳍两栖推进器便是效仿鱼类高效游动方式的典型例子。在自然界中，尼罗河魔鬼鱼凭借背部鱼鳍传递行波产生推力，通过改变行波方向、频率及幅值等即可实现倒游、加减速等运动，具有机动性强、环境干扰性小等特点。因此，科学家以采用波动推进方式的尼罗河魔鬼鱼为仿生对象，研制了仿生波动鳍水陆两栖推进器，突破了传统两栖推进器结构复杂、隐蔽性差等缺点，其在资源探测、情报收集及抢滩登陆作战等领域具有重要的研究价值。

水面稳性是指推进器受外界干扰发生倾斜后产生复原力矩以阻止其倾覆保持自身稳定性的能力，其中横倾稳性对推进器水面稳性影响最为明显，通常对其进行稳性计算与校核。针对两栖推进器在水陆环境切换中水面工况下存在风浪作用、载荷移动等干扰问题，进行水面横向稳性分析对提升两栖推进器水面抗干扰能力，增强水面运动稳定性以及提高推进器综合性能起到至关重要的作用。随着仿生两栖推进器探测、运载等功能的多样化发展，水面稳性分析已成为两栖推进器结构优化和运动控制的重要理论基础。但目前两栖推进器水面稳性研究较少，且现有方法存在物理模型过度简化导致预测准确性低、预测模型计算复杂难以指导设计优化等缺陷，极大的耗费了人力物力、时间成本及实验成本。同时，目前针对仿生波动鳍两栖推进器的水面稳性研究更加缺乏，极大的限制了其综合性能的提升和应用场景，已有研究仍旧不能对仿生波动鳍两栖推进器的结构优化与稳性提升起到指导作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生波动鳍水面稳性分析方法、系统、设备及可读存储介质，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种仿生波动鳍水面稳性分析方法，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；

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。

进一步的，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。