[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于LBM-LES的航母尾流數(shù)值模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011559962.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112668253A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江召兵;王亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京歐帕提亞信息科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/28
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 連云港聯(lián)創(chuàng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32330
• 代理人: 趙曉琴

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于LBM?LES的航母尾流數(shù)值模擬方法，此種方法采用格子玻爾茲曼和大渦模擬相結(jié)合LBM?LES的數(shù)值方法，針對(duì)未簡(jiǎn)化的航母模型，模擬了不同風(fēng)速和風(fēng)向角下的尾流風(fēng)場(chǎng)，并且能夠模擬出航母上各種構(gòu)筑物對(duì)風(fēng)場(chǎng)的影響，使得模擬結(jié)果更加接近真實(shí)風(fēng)場(chǎng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于LBM-LES的航母尾流數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

艦載機(jī)進(jìn)場(chǎng)著艦過(guò)程中，航母以一定的航速逆風(fēng)行駛，會(huì)在艦尾形成復(fù)雜的擾流區(qū)。研究航母尾流場(chǎng)結(jié)構(gòu)及其隨外界因素的變化規(guī)律，對(duì)艦載機(jī)降落的準(zhǔn)確性和安全性具有十分重要的意義。

依靠實(shí)船直接測(cè)量和風(fēng)洞試驗(yàn)的艦船尾流研究不但花費(fèi)巨大，而且無(wú)法得到風(fēng)場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。因此，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件水平的提高，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)在艦船風(fēng)場(chǎng)模擬方面得到越來(lái)越多的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，CFD模擬不但成本低，而且可以進(jìn)行全尺寸艦船的模擬，與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的比較也驗(yàn)證了其可靠性，目前已成為研究艦船風(fēng)場(chǎng)的重要手段。

由于尾流風(fēng)場(chǎng)對(duì)艦船外形的依賴(lài)性很強(qiáng)，因此模擬時(shí)采用的艦船模型越接近真實(shí)艦船，模擬結(jié)果就越接近真實(shí)風(fēng)場(chǎng)。但是，當(dāng)數(shù)值模擬采用貼體網(wǎng)格時(shí)，艦船的復(fù)雜外形導(dǎo)致網(wǎng)格生成難度非常大，往往需要對(duì)艦船模型進(jìn)行大量簡(jiǎn)化，從而導(dǎo)致模擬結(jié)果在一定程度上的失真。LBM(Lattice Boltzmann Method)是近年來(lái)出現(xiàn)并迅速發(fā)展的一種新的數(shù)值方法，由于它具有天然的并行性、適于處理復(fù)雜幾何邊界問(wèn)題、計(jì)算效率和精度較高的特點(diǎn)，已在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，也為艦船尾流風(fēng)場(chǎng)模擬提供了一種新的數(shù)值工具。

LBM是在介觀尺度上求解Navier-Stokes方程，可以對(duì)湍流進(jìn)行直接模擬，但以目前的計(jì)算條件只能模擬中低雷諾數(shù)流動(dòng)，無(wú)法滿(mǎn)足工程需要，并且現(xiàn)有的有網(wǎng)格計(jì)算方法，由于桅桿、雷達(dá)天線(xiàn)等細(xì)長(zhǎng)體的存在，網(wǎng)格難以刻畫(huà)，在航母模型建模的過(guò)程中，必須對(duì)航母進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的航母模型在計(jì)算結(jié)果上存在一定的誤差。本發(fā)明基于無(wú)網(wǎng)格方法的航母尾流數(shù)值模擬方法，可以精細(xì)刻畫(huà)航母模型，無(wú)需簡(jiǎn)化，從而確保了計(jì)算的精度和效率。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的航母模型建模困難、計(jì)算精度和計(jì)算效率難以保證等問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明目的是提供一種基于LBM-LES的航母尾流數(shù)值模擬方法，其基于未做任何簡(jiǎn)化的三維航母模型，采用LBM(Lattice Boltzmann Method)與LES(Large EddySimulation)相結(jié)合的數(shù)值方法LBM-LES，模擬了不同風(fēng)速和風(fēng)向角下航母的尾流風(fēng)場(chǎng)，并分析了艦載機(jī)理想著艦軌跡上的風(fēng)場(chǎng)特征。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：此種基于LBM-LES的航母尾流數(shù)值模擬方法方法包括：

選取三維航母模型確定艦載機(jī)理想著艦軌跡；

設(shè)定計(jì)算區(qū)域、入流風(fēng)速U₀和風(fēng)向角Φ；

利用LBM-LES方法進(jìn)行模擬，在風(fēng)向角Φ相同條件下，分別模擬不同入流風(fēng)速U₀時(shí)艦載機(jī)著艦軌跡上航母的尾流風(fēng)場(chǎng)，在入流風(fēng)速U₀相同條件下，分別模擬不同風(fēng)向角Φ時(shí)艦載機(jī)著艦軌跡上航母的尾流風(fēng)場(chǎng)。

作為本發(fā)明所述基于LBM-LES的航母尾流數(shù)值模擬方法的一種優(yōu)選方案，其中：在計(jì)算區(qū)域中建立基礎(chǔ)坐標(biāo)系，其中Y軸正向?yàn)楹侥讣装宕怪鄙戏剑琗軸正向?yàn)槌隽鬟吔鐥l件，即風(fēng)從艦艏吹向艦艉，X軸負(fù)向?yàn)槿肓鬟吔鐥l件，Y向和Z向均取為滑移邊界條件。