| 一种用于高速水面航行器的水翼及设计方法 | |
黄仁芳; 王一伟 ; 王永九; 支玉昌; 陈永刚; 黄晨光; 杜特专; 王静竹; 黄荐
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| 2024-01-23 | |
| Rights Holder | 中国科学院力学研究所 |
| Abstract | 本发明公开了一种高速水面航行器的水翼及设计方法，前水翼和后水翼分别设有升力部件和支撑部件，升力部件的翼型形状相同，沿翼型的弦长方向，翼型的厚度先增大后减小；在翼展方向上，从翼展的一端到另一端，升力部件翼型的弦长先增大后减小，使得升力部件的前缘呈对称的弧形，同时翼型的最大厚度相同，形成具有光滑弧形的吸力面，以减小流动阻力；航行时，支撑部件始终处于切割自由面状态，升力部件完全浸没在水中且贴近自由面航行。本发明还提供了一种设计方法，通过参数化设计、替代模型和多目标优化算法，使得应用了该水翼的高速水面航行器，可大幅度提高升阻比与稳定性，解决了现有技术中高速水面航行器无法同时兼顾升力和航行稳定性的问题。 |
| Application Date | 2023-02-14 |
| Application Number | CN202310109463.0 |
| Patent Number | CN116588237B |
| Claim | 1.一种用于高速水面航行器水翼的设计方法，用于高速水面航行器的水翼，包括安装在高速水面航行器(1)前端的一个前水翼(2)和安装在高速水面航行器后端的两个对称后水翼(3)，所述前水翼(2)包括前升力部件(4)和前支撑部件(6)，所述前支撑部件(6)垂直安装在所述高速水面航行器(1)前端的底部，所述前升力部件(4)安装在所述前支撑部件(6)的端部； 所述后水翼(3)包括后升力部件(8)和后支撑部件(10)，所述后支撑部件(10)垂直安装在所述高速水面航行器(1)后端的底部，所述后升力部件(8)安装在所述后支撑部件(10)的端部； 其中，所述前升力部件(4)和所述后升力部件(8)的翼型形状相同，沿翼型的弦长方向，翼型的厚度先增大后减小，在翼展方向上，从翼展的一端到另一端，升力部件翼型的弦长先增大后减小，使得升力部件的前缘呈对称的弧形，尾缘为直线型，同时翼型的最大厚度相同，形成具有光滑弧形的吸力面，以减小流动阻力； 所述高速水面航行器航行时，所述前支撑部件(6)和所述后支撑部件(10)始终处于切割自由面状态，所述前升力部件(4)和所述后升力部件(8)完全浸没在水中且贴近自由面航行； 其特征在于，设计方法包括如下步骤： S1.两个后水翼之间的距离为zB，后水翼到高速水面航行器尾端的距离为xL，前水翼到高速水面航行器尾端的距离为yL，其中，高速水面航行器的长度为L，宽度为B，高度为H； 对水翼进行参数化设计，确定设计变量包括x、y、z以及前水翼的弦长C2和后水翼的弦长C4；同时确定优化目标为高速水面航行器在速度20knot时的升阻比、升力值和瞬时升沉位移； S2.在设计变量的取值范围内，采用试验设计方法建立初始样本集； S3.采用数值模拟CFD方法评估每个样本点的性能，首先建立包含高速水面航行器及水翼的流体计算域，在20knot速度下释放六自由度后，获得升阻力比值、升力计算值和最大的升沉位移，形成样本集数据库； S4.将每个样本点的设计变量作为输入，其对应的性能即升阻力比值、升力计算值和最大的升沉位移作为输出，建立从输入到输出的映射关系，得到替代模型； S5.采用多目标优化算法在设计空间内进行全局寻优，三个优化目标的权重因子相等，获得帕累托前沿； S6.从帕累托前沿选取m个帕累托前沿解进行数值模拟性能评估，判断得到的预测性能是否达到设计要求；如果未达到设计要求，则返回步骤S4，重新建立替代模型，继续运行；如果满足设计要求，则跳转到步骤S7； S7.对m个帕累托前沿解进行结构强度性能分析； S8.判断所选取的m个帕累托前沿解的结构强度是否满足实际工程应用要求；如果满足，则输出最终的设计方案，并进行样机制造、湖上试验验证；如果不满足，则返回步骤S6从帕累托前沿重新选取，依次执行步骤S7，并重新进行判断，直到从帕累托前沿选取的解满足结构强度设计的要求。 |
| Language | 中文 |
| Classification | 发明授权 |
| Status | 有效 |
| Note | 授权 |
| Country | 中国 |
| Agency | 北京和信华成知识产权代理事务所(普通合伙) |
| Document Type | 专利 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/97450 |
| Collection | 流固耦合系统力学重点实验室 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 黄仁芳,王一伟,王永九,等. 一种用于高速水面航行器的水翼及设计方法. CN116588237B[P]. 2024-01-23. |
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