[发明专利]一种圆碟形水下滑翔机的粘性水动力计算方法

摘要

本发明公开了一种圆碟形水下滑翔机的粘性水动力计算方法，包括如下步骤：获得所述圆碟形水下滑翔机的无因次水动力系数；建立体坐标系，并根据所述体坐标系，结合当前时刻体坐标系坐标原点处的圆碟形水下滑翔机线速度来建立航向坐标系；在所述航向坐标系下建立所述圆碟形水下滑翔机的粘性水动力计算模型；利用坐标转换矩阵将所述航向坐标系下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力转换至所述体坐标系下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力；本发明可以满足圆碟形水下滑翔机可沿圆碟形外壳四周的任意方向航行的运动特点，进而便于合理地预报圆碟形水下滑翔机的粘性水动力，有利于圆碟形水下滑翔机的运动性能研究。

主权项

1.一种圆碟形水下滑翔机的粘性水动力计算方法，所述圆碟形水下滑翔机包括圆碟形外壳，所述圆碟形外壳具备上半壳体和下半壳体，所述上半壳体和下半壳体均具有轴对称性，其特征在于包括如下步骤：步骤1：获得所述圆碟形水下滑翔机的无因次水动力系数；步骤2：建立体坐标系，并根据所述体坐标系，结合当前时刻体坐标系坐标原点处的圆碟形水下滑翔机线速度来建立航向坐标系；步骤3：在所述航向坐标系下建立所述圆碟形水下滑翔机的粘性水动力计算模型；步骤4：利用坐标转换矩阵将所述航向坐标系下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力转换至所述体坐标系下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力；所述步骤3具体包括：得出体坐标系中OX轴与航向坐标系中ox轴之间的夹角θ；获得体坐标系与航向坐标系之间的坐标转换矩阵；将体坐标系下坐标原点处的圆碟形水下滑翔机线速度和角速度分别转换至航向坐标系下；获得航向坐标系下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力向量和水动力距向量；所述得出体坐标系中OX轴与航向坐标系中ox轴之间的夹角θ的步骤为：当U＝V＝0时，θ＝0°；当U＝0，V>0时，θ＝90°；当U＝0，V<0时，θ＝270°；当U>0，V＝0时，θ＝0°；当U<0，V＝0时，θ＝180°；在其余情况下，θ＝arctan(V/U)；Ψ＝[U V W]^T表示体坐标系下坐标原点处在当前时刻的圆碟形水下滑翔机线速度向量，其中，U表示体坐标系下线速度向量Ψ＝[U V W]^T在OX轴方向下的线速度分量、V表示体坐标系下线速度向量Ψ＝[U V W]^T在OY轴方向下的线速度分量；所述获得体坐标系与航向坐标系之间的坐标转换矩阵的步骤为：坐标转换矩阵其中，θ表示体坐标系中OX轴与航向坐标系中ox轴之间的夹角；所述将体坐标系下坐标原点处的圆碟形水下滑翔机线速度和角速度分别转换至航向坐标系下的步骤为：航向坐标系下坐标原点处的圆碟形水下滑翔机线速度航向坐标系下坐标原点处的圆碟形水下滑翔机角速度其中，Ψ表示体坐标系下坐标原点处的圆碟形水下滑翔机线速度、Ω表示体坐标系下坐标原点处的圆碟形水下滑翔机角速度，的向量表达形式为ω的向量表达形式为ω＝[p q r]^T、Ψ的向量表达形式为Ψ＝[U V W]^T、Ω的向量表达形式为Ω＝[P Q R]^T、W表示体坐标系下线速度向量Ψ＝[U V W]^T在OZ轴方向下的线速度分量，u表示航向坐标系下线速度向量在ox轴方向下的线速度分量、v表示航向坐标系下线速度向量在oy轴方向下的线速度分量、w表示航向坐标系下线速度向量在oz轴方向下的线速度分量、p表示航向坐标系下角速度向量ω＝[p q r]^T在ox轴方向下的角速度分量、q表示航向坐标系下角速度向量ω＝[p q r]^T在oy轴方向下的角速度分量、r表示航向坐标系下角速度向量ω＝[p q r]^T在oz轴方向下的角速度分量、P表示体坐标系下角速度向量Ω＝[P Q R]^T在OX轴方向下的角速度分量、Q表示体坐标系下角速度向量Ω＝[P Q R]^T在OY轴方向下的角速度分量、R表示体坐标系下角速度向量Ω＝[P Q R]^T在OZ轴方向下的角速度分量；所述获得航向坐标系下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力向量和水动力距向量的步骤为：通过如下形式表达在航向坐标系o‑xyz下，ox轴方向、oy轴方向和oz轴方向下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力分量和水动力距分量：其中，f_x、f_y、f_z分别表示航向坐标系下ox轴方向、oy轴方向和oz轴方向下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力分量，m_x、m_y、m_z分别表示航向坐标系下ox轴方向、oy轴方向和oz轴方向下的圆碟形水下滑翔机水动力距分量，ρ表示流体密度，D表示圆碟形外壳的最大直径，X′_|u|u、X′_ww、Y′_r、Y′_p、Z′_w、Z′_|w|w、Z′_q、K′_p、K′_|p|p、M′_w、M′_q、M′_|q|q、N′_r、N′_|r|r均表示无因次水动力系数，u表示航向坐标系下线速度向量在ox轴方向下的线速度分量，v表示航向坐标系下线速度向量在oy轴方向下的线速度分量，w表示航向坐标系下线速度向量在oz轴方向下的线速度分量，p表示航向坐标系下角速度向量ω＝[p q r]^T在ox轴方向下的角速度分量，q表示航向坐标系下角速度向量ω＝[p q r]^T在oy轴方向下的角速度分量，r表示航向坐标系下角速度向量ω＝[p q r]^T在oz轴方向下的角速度分量；航向坐标系下的圆碟形水下滑翔机粘性水动力向量航向坐标系下的圆碟形水下滑翔机水动力距向量