本發(fā)明涉及航空、航海以及空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法。

背景技術(shù)：

1、減阻設(shè)計(jì)是旋成體航行器設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要研究問(wèn)題，也是提高旋成體航行器性能指標(biāo)的重要途徑。許多水下航行器采用旋成體外形，在高速前行時(shí)，其摩擦幾乎占總阻力的80％以上；對(duì)于旋成體航空器形而言，摩擦阻力也占有相當(dāng)大的比例。

2、正因?yàn)槟Σ磷枇φ妓滦审w航行器阻力的比例高，人們不斷探索減小摩擦阻力的方法，到目前為止，已經(jīng)探索出許多主動(dòng)、被動(dòng)的減阻方法。對(duì)于水下的環(huán)境，除通用的附面層減小摩擦阻力的方法外，還有人提出了超空泡的減阻方法；有些適用于空氣環(huán)境的減阻方法難以被用于水下環(huán)境，如適用于空氣環(huán)境下的等離子體激勵(lì)方法。

3、被動(dòng)減阻技術(shù)由于成本低、實(shí)施簡(jiǎn)便獲得了更多的青睞，如微型溝槽壁面減阻，已經(jīng)開(kāi)始在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用。然而被動(dòng)減阻方法往往減阻效果有限，如微型溝槽理論上最多只能減少約10％的摩擦阻力，但在實(shí)際工程應(yīng)用中達(dá)不到這一指標(biāo)；主動(dòng)減阻技術(shù)在本領(lǐng)域的相關(guān)研究較少，不能形成切實(shí)的應(yīng)用方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，在航行器機(jī)身表面布置周向旋轉(zhuǎn)震蕩的活動(dòng)蒙皮，通過(guò)各段進(jìn)行相對(duì)反方向的旋轉(zhuǎn)振蕩，以抵消多余的扭矩，實(shí)現(xiàn)橫向振蕩的主動(dòng)減阻機(jī)制。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，包括：

4、確定旋成體航行器在巡航狀態(tài)下進(jìn)入湍流階段的流體力學(xué)參數(shù)；

5、基于所述流體力學(xué)參數(shù)，確定旋成體航行器機(jī)身上用于布置活動(dòng)蒙皮的預(yù)設(shè)區(qū)域，將預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的旋成體航行器機(jī)身按照預(yù)設(shè)長(zhǎng)度進(jìn)行軸向分段；

6、在所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的機(jī)身外部布置活動(dòng)蒙皮，活動(dòng)蒙皮的軸向長(zhǎng)度為所述預(yù)設(shè)長(zhǎng)度；活動(dòng)蒙皮為筒狀回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，每段活動(dòng)蒙皮與機(jī)身之間布置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)該段活動(dòng)蒙皮在機(jī)身表面旋轉(zhuǎn)震蕩，且相鄰的活動(dòng)蒙皮的旋轉(zhuǎn)震蕩方向相反；

7、確定旋成體航行器進(jìn)入巡航階段初始時(shí)刻的活動(dòng)蒙皮旋轉(zhuǎn)震蕩參數(shù)；

8、旋成體航行器實(shí)際飛行過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)入到巡航階段后，按照確定的旋轉(zhuǎn)震蕩參數(shù)，利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)蒙皮進(jìn)行旋轉(zhuǎn)震蕩。

9、進(jìn)一步地，所述方法還包括：

10、通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集當(dāng)前巡航狀態(tài)下的流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)，以實(shí)時(shí)修正旋轉(zhuǎn)震蕩參數(shù)；利用修正后的旋轉(zhuǎn)震蕩參數(shù)實(shí)時(shí)對(duì)活動(dòng)蒙皮進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

11、進(jìn)一步地，所述旋成體航行器在巡航狀態(tài)下進(jìn)入湍流階段的流體力學(xué)參數(shù)，包括：機(jī)身進(jìn)入湍流階段的位置、邊界層厚度δ、表面運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν和表面摩擦速度uτ；所述流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)通過(guò)實(shí)際航行試驗(yàn)或者對(duì)旋成體航行器建模后進(jìn)行數(shù)值模擬得到。

12、進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)區(qū)域?yàn)樾审w航行器進(jìn)入湍流階段的位置開(kāi)始，至距離旋成體航行器操縱面十二倍邊界層厚度δ為止；所述操縱面為尾翼或小翼。

13、進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)長(zhǎng)度l的計(jì)算公式為：

14、

15、其中，l+為無(wú)量綱長(zhǎng)度，表示旋成體航行器巡航狀態(tài)下所面臨的渦的平均流向長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度可以通過(guò)數(shù)值模擬得到流場(chǎng)并對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行后處理分析得到；ν表示表面運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，uτ表示表面摩擦速度。

16、進(jìn)一步地，在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)，按照預(yù)設(shè)長(zhǎng)度l對(duì)其進(jìn)行分段，表示為：

17、

18、其中，表示向下取整，m表示預(yù)設(shè)區(qū)域的長(zhǎng)度；

19、即最終在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)布置整數(shù)個(gè)活動(dòng)蒙皮，剩余的部分不夠一個(gè)l的長(zhǎng)度，則不布置。

20、進(jìn)一步地，所述活動(dòng)蒙皮旋轉(zhuǎn)震蕩的參數(shù)為：

21、

22、其中vθ為旋轉(zhuǎn)周向速度，v0為最大周向速度，t0為旋轉(zhuǎn)振蕩周期，t為振蕩時(shí)間，最大周向速度旋轉(zhuǎn)振蕩周期v0+和t+分別為無(wú)量綱最大周向速度和無(wú)量綱振蕩周期，通過(guò)數(shù)值模擬得到。

23、進(jìn)一步地，所述實(shí)時(shí)采集當(dāng)前巡航狀態(tài)下的的流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)，包括當(dāng)前時(shí)刻的活動(dòng)蒙皮表面摩擦速度和表面運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，將這兩個(gè)值分別作為參數(shù)uτ、ν代入到v0、t0的計(jì)算公式中，從而實(shí)時(shí)計(jì)算vθ的值，用該值不斷地對(duì)活動(dòng)蒙皮的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

24、一種旋成體航行器，該旋成體航行器上設(shè)置有所述基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法中所設(shè)計(jì)的活動(dòng)蒙皮。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

26、本發(fā)明在旋成體航行器表面分段構(gòu)造成能夠一定范圍旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的活動(dòng)蒙皮，相鄰的兩段活動(dòng)蒙皮反向旋轉(zhuǎn)振蕩，通過(guò)改變附面層的近壁自維持系統(tǒng)，達(dá)到減阻、降噪的目的；該方案不僅可以顯著降低航行器的摩擦阻力，還可以減小航行器因?yàn)楦咚俸叫卸a(chǎn)生的噪聲，提升航行器的性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，所述方法還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，所述旋成體航行器在巡航狀態(tài)下進(jìn)入湍流階段的流體力學(xué)參數(shù)，包括：機(jī)身進(jìn)入湍流階段的位置、邊界層厚度δ、表面運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)ν和表面摩擦速度uτ；所述流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)通過(guò)實(shí)際航行試驗(yàn)或者對(duì)旋成體航行器建模后進(jìn)行數(shù)值模擬得到。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)區(qū)域?yàn)樾审w航行器進(jìn)入湍流階段的位置開(kāi)始，至距離旋成體航行器操縱面十二倍邊界層厚度δ為止；所述操縱面為尾翼或小翼。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)長(zhǎng)度l的計(jì)算公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)，按照預(yù)設(shè)長(zhǎng)度l對(duì)其進(jìn)行分段，表示為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，所述活動(dòng)蒙皮旋轉(zhuǎn)震蕩的參數(shù)為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)采集當(dāng)前巡航狀態(tài)下的的流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)，包括當(dāng)前時(shí)刻的活動(dòng)蒙皮表面摩擦速度和表面運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，將這兩個(gè)值分別作為參數(shù)uτ、ν代入到v0、t0的計(jì)算公式中，從而實(shí)時(shí)計(jì)算vθ的值，用該值不斷地對(duì)活動(dòng)蒙皮的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

9.一種旋成體航行器，其特征在于，所述旋成體航行器上設(shè)置有根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法中所設(shè)計(jì)的活動(dòng)蒙皮。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分段蒙皮旋轉(zhuǎn)振蕩的旋成體航行器減阻方法，包括：確定旋成體航行器在巡航狀態(tài)下機(jī)身進(jìn)入湍流階段的流體力學(xué)參數(shù)；確定旋成體航行器上用于布置活動(dòng)蒙皮的預(yù)設(shè)區(qū)域，將預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的旋成體航行器機(jī)身按照預(yù)設(shè)長(zhǎng)度進(jìn)行軸向分段；在所述預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的機(jī)身外部布置活動(dòng)蒙皮，活動(dòng)蒙皮的軸向長(zhǎng)度為所述預(yù)設(shè)長(zhǎng)度；活動(dòng)蒙皮為筒狀回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，與機(jī)身之間布置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)該段活動(dòng)蒙皮在機(jī)身表面旋轉(zhuǎn)震蕩，且相鄰的活動(dòng)蒙皮的旋轉(zhuǎn)震蕩方向相反；確定旋成體航行器進(jìn)入巡航階段初始時(shí)刻的活動(dòng)蒙皮旋轉(zhuǎn)震蕩參數(shù)；旋成體航行器實(shí)際飛行過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)入到巡航階段后，按照確定的旋轉(zhuǎn)震蕩參數(shù)，利用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)蒙皮進(jìn)行旋轉(zhuǎn)震蕩。

技術(shù)研發(fā)人員：葉正寅,張昭朋,葉坤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30