[发明专利]一种水上飞机的水面起降状态预测方法及装置

权利要求书

1.一种水上飞机的水面起降状态预测方法，其特征在于，包括：

将水上飞机的水动力和气动力耦合流场解耦为水动力为主的机体绕流场和气动力为主的机翼绕流场；

根据所述机体绕流场和所述机翼绕流场，计算得到解耦时的水上飞机的动力信息，所述动力信息包括解耦时的水上飞机的机体升力和阻力，以及解耦时的水上飞机的机翼升力和阻力；

获取所述机体绕流场和所述机翼绕流场之间耦合作用引起的机翼升力变化信息和机体阻力变化信息；

根据所述机翼升力变化信息、所述机体阻力变化信息以及所述解耦时的水上飞机的动力信息，计算水上飞机的升力预测结果和阻力预测结果。

2.根据权利要求1所述的一种水上飞机的水面起降状态预测方法，其特征在于，所述根据所述机翼升力变化信息、所述机体阻力变化信息以及所述解耦时的水上飞机的动力信息，计算水上飞机的升力预测结果和阻力预测结果，包括：

计算水上飞机的水-气耦合初始流场，其中，所述初始流场包括压力数值信息、速度数值信息和水气相分数的数值信息；

根据当前水上飞机的运动姿态，建立当前状态下的机体和机翼的细尺度离散网格；

根据所述水-气耦合初始流场和所述细尺度离散网格，获取解耦后的水、气初始流场；

根据所述细尺度离散网格和所述解耦后的水、气初始流场，分别计算水、气动力流场的数值；

根据所述水、气动力流场的数值，分别计算机体的水动力变化和机翼的升、阻力变化。

3.根据权利要求2所述的一种水上飞机的水面起降状态预测方法，其特征在于，所述根据所述机翼升力变化信息、所述机体阻力变化信息以及所述解耦时的水上飞机的动力信息，计算水上飞机的升力预测结果和阻力预测结果，还包括以下步骤：

将计算得到的水、气动力流场结果作为流场结果，再次开展释放纵摇和垂荡自由度的运动模拟，得到水上飞机在高精度流体动力下的姿态变化。

4.根据权利要求2所述的一种水上飞机的水面起降状态预测方法，其特征在于，所述根据所述水、气动力流场的数值，分别计算机体的水动力变化和机翼的升、阻力变化这一步骤中，

所述水上飞机的升力的计算公式为：

水上飞机升力＝解耦时机体升力+解耦时机翼升力+耦合流场机翼升力变化；

所述水上飞机的阻力的计算公式为：

水上飞机阻力＝解耦时机体阻力+解耦时机翼阻力+耦合流场机体阻力变化；

其中，所述解耦时机体升力指水上飞机单机体约束模型的水动升力，所述解耦时机体阻力指水上飞机单机体约束模型的水动阻力；

所述解耦时机翼升力指水上飞机单机翼约束模型的气动升力，所述解耦时机翼阻力指水上飞机单机翼约束模型的气动阻力；

所述耦合流场机翼升力变化是指由于机体水动力流场影响造成机翼姿态发生变化后带来的机翼气动升力变化；

所述耦合流场机体阻力变化是指由于机翼气动力流场影响造成机体姿态发生变化后带来的机体水动阻力变化。

5.根据权利要求2所述的一种水上飞机的水面起降状态预测方法，其特征在于，所述计算水上飞机的水-气耦合初始流场，包括：

将水上飞机几何模型导入数值软件；

基于有限体积法划分粗尺度的网格；

通过调用物理模型、设定边界条件及初始条件进行流场初始化，在运动模拟中释放纵摇-垂荡的自由度，通过迭代求解获取包括机体水动力特性和机翼气动力特性的初始流场。

6.根据权利要求2所述的一种水上飞机的水面起降状态预测方法，其特征在于，所述根据所述细尺度离散网格和所述解耦后的水、气初始流场，分别计算水、气动力流场的数值，包括：

根据所述水-气耦合初始流场和所述细尺度离散网格，采用高速船水动力数值模型计算机体水动力流场的数值；

根据所述水-气耦合初始流场和所述细尺度离散网格，采用低速飞行器气动力数值模型计算机体气动力流场的数值。

7.根据权利要求6所述的一种水上飞机的水面起降状态预测方法，其特征在于，所述高速船水动力数值模型包括VOF两相流模型和高雷诺数湍流模型；

所述低速飞行器气动力数值模型包括低雷诺数湍流模型。