CN114417747B - 一种水上飞机的水面起降状态预测方法及装置 - Google Patents

一种水上飞机的水面起降状态预测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水上飞机的水面起降状态预测方法及装置，方法包括：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。本发明提高了预测速度和预测精度，可广泛应用于数据处理技术领域。

Description

一种水上飞机的水面起降状态预测方法及装置
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其是一种水上飞机的水面起降状态预测方法及装置。
背景技术
水上飞机是一种具有水面短距起降的能力和良好的低空、低速飞行性能的飞机。与一般陆基飞机不同，水上飞机在水面滑跑起降时受到气动力、水动力的综合作用，既要尽量提高气动力升力和失速性能，又要考虑保证较低的水动阻力、喷溅特性和较高的抗浪能力。因此，水上飞机的流体动力性能需要充分考虑气动力布局与水动力布局的匹配和协调性。
水上飞机的机体水动力绕流场与机翼气动力绕流场存在明显的差别：前者具备与滑行艇相似的流场特征，即具有明显的艏部飞溅、剧烈的航态变化和非线性水动力特点，但其航速傅汝德数更高，求解难度更高；而后者由于水面滑行阶段的航速远不及空中状态，流场处于未充分发展的低雷诺数状态，常规飞机充分发展湍流场的研究方法也难以适用。因此，传统数值预报方法，无论是气动力为主的飞机计算模型还是水动力为主的船舶计算模型，都难以实现水上飞机流体动力特性的高精度模拟，甚至连基本的升阻力性能预报结果也不能让人满意。
在气动力和水动力的耦合作用下，水上飞机水面滑行状态下会发生高频非线性运动，其中的机体运动姿态变化又会进一步诱导水动力和气动力发生变化。这种气动力、水动力和姿态三者相互干扰的影响机理导致水上飞机水面滑行状态动力性能的数值预报变得极为困难。因此，迫切需要一种能兼顾水、气动力不同特性流场的新型数值预报方法，要求能够计及两种流场相互耦合影响、同时又不会需要太多计算成本，形成一种适用于水上飞机水面滑行状态升阻力特性的快速、高精度模拟方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种快速且高精度的，水上飞机的水面起降状态预测方法及装置。
本发明的一方面提供了一种水上飞机的水面起降状态预测方法，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。
可选地，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。
可选地，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。
可选地，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+耦合流场的机翼升力变化；
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+耦合流场的机体阻力变化；
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。
可选地，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一般粗尺度的网格；
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。
可选地，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。
可选地，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。
可选地，所述方法还包括以下步骤：
在所述高速船体水动力数值模型上应用自适应网格技术，对机体自由液面和液滴飞溅区域的网格进行自适应加密。
可选地，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，包括:
基于数值映射，将解耦后机体绕流场和机翼绕流场结果插值到水上飞机初始流场，分别计算机体的水动力变化和机翼的升、阻力变化；
其中，所述数值映射具体为：采用最小二乘法或逆距离加权的插值格式，将一套网格的体中心物理场插值到另一套拓扑一致网格的体中心。
本发明实施例的另一方面还提供了一种水上飞机的水面起降状态预测装置，包括：
第一模块，用于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；
第二模块，用于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；
第三模块，用于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；
第四模块，用于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。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。
本发明的实施例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。本发明提高了预测速度和预测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的整体步骤流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种水上飞机的水面起降状态预测方法，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。
可选地，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。
可选地，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。
可选地，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+耦合流场的机翼升力变化；
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+耦合流场的机体阻力变化；
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。
可选地，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一般粗尺度的网格；
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。
可选地，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。
可选地，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。
可选地，所述方法还包括以下步骤：
在所述高速船体水动力数值模型上应用自适应网格技术，对机体自由液面和液滴飞溅区域的网格进行自适应加密。
可选地，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，包括:
基于数值映射，将解耦后机体绕流场和机翼绕流场结果插值到水上飞机初始流场，分别计算机体的水动力变化和机翼的升、阻力变化；
其中，所述数值映射具体为：采用最小二乘法或逆距离加权的插值格式，将一套网格的体中心物理场插值到另一套拓扑一致网格的体中心。
本发明实施例的另一方面还提供了一种水上飞机的水面起降状态预测装置，包括：
第一模块，用于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；
第二模块，用于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；
第三模块，用于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；
第四模块，用于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。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。
下面结合说明书附图，对本发明的具体实现原理进行详细说明：
本发明提出了一种水上飞机水面起降状态动力特性的高精度预报方法，如图1所示，本发明首先将水上飞机的水、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，针对解耦后的绕流场分别开展水动力精细计算和气动力精细计算，得到解耦时的水上飞机机体升力、阻力，以及解耦时的机翼升力、阻力，再引入两种流场之间耦合作用引起的机翼升力变化和机体阻力变化，形成基于流体动力解耦-耦合修正的水上飞机水面起降状态动力特性数值预报方法，得到高精度的水上飞机升、阻力计算公式如下：
①水上飞机升力＝解耦时机体升力+解耦时机翼升力+耦合流场的机翼升力变化，
②水上飞机阻力＝解耦时机体阻力+解耦时机翼阻力+耦合流场的机体阻力变化；
其中，所述解耦时机体升力、阻力分别指水上飞机单机体约束模型的水动升、阻力，采用现有高速船水动力数值模型可以求解得到较高精度的结果。
所述解耦时机翼升力、阻力分别指水上飞机单机翼约束模型的气动升、阻力，采用现有低速飞行器气动力数值模型可以求解得到较高精度结果。
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，因此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，因此带来的机体水动阻力变化。
所述流场解耦-耦合修正的升阻力数值预报方法包括以下步骤：
1)求解水上飞机的水-气耦合初始流场：将水上飞机几何模型导入数值软件，基于有限体积法划分一般粗尺度的网格，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，即包括压力、速度、水气相分数的数值结果。
其中，迭代求解机体水动力和机翼气动力特性的初始流场是指求解包含不可压缩VOF模型的控制方程以下控制方程进行：
Figure BDA0003477589130000081
Figure BDA0003477589130000082
Figure BDA0003477589130000083
求解得到初始流场结果包括水气分数α，压力prgh,和速度U。
其中，其中，
Figure BDA0003477589130000086
代表向量微分算子；ρ代表流体的密度；t代表时间；v代表流体运动粘度；g代表重力加速度；h代表网格单元体心的位置矢量；κ代表界面处的曲率。
2)建立当前状态下的机体和机翼细尺度离散网格：基于当前水上飞机的运动姿态，分别划分针对单机体约束模绕流场的细尺度网格、针对单机翼约束模绕流场的细尺度网格。
需要说明的是，所述细尺度网格是在一般粗尺度网格的基础上切分而来，细尺度网格的尺寸为一般粗尺度网格尺寸的1/2。
3)基于数值插值获取解耦后的水、气初始流场：通过数值技术提取步骤1)中的单机体水动力初始流场和单机翼气动力初始流场，并分别插值到步骤2)中的单机体约束模和单机翼约束模的细尺度网格上。
4)分别开展水、气动力流场的高精度数值求解：基于步骤3)的解耦初始流场和细尺度网格，分别采用现有高速船水动力数值模型、现有低速飞行器气动力数值模型来求解机体水动力的高精度结果、机体气动力的高精度结果，得到解耦时的机体和机翼的升力、阻力。
其中，单机翼约束模绕流场为不可压缩单相流问题，均为气象，即水气相分数场α统一为0，不需求解。因此所述气动力数值模型是指求解以下控制方程，得到空气动力的速度场U和压力场prgh。
Figure BDA0003477589130000084
Figure BDA0003477589130000085
5)耦合高精度的机体水动力和机翼气动力结果：基于数值映射，将解耦后机体绕流场和机翼绕流场结果插值到水上飞机初始流场，分别计算机体的水动力变化和机翼的升、阻力变化，根据公式①和公式②计算考虑水气耦合的水上飞机升力、阻力。
6)重新释放自由度，修正飞机姿态：将修正后的水、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。
可选地，所述高速船体水动力数值模型包括VOF两相流模型、高雷诺数湍流模型。
可选地，所述低速飞行器气动力数值模型包括低雷诺数湍流模型。
可选地，所述高速船体水动力数值模型还采用了自适应网格技术，在计算过程中对机体自由液面和液滴飞溅区域的网格进行自适应加密。
可选地，所述步骤5)的数值映射是指采用最小二乘法或逆距离加权的插值格式，将一套网格的体中心物理场插值到另一套拓扑一致网格的体中心。
综上所述，相较于现有技术，本发明具有以下有益效果是：
1)本发明基于流场解耦的思想，将水动力和气动力对机体的耦合影响进行简化，降低了问题的复杂程度，该方法适用于水上飞机在水面滑行状态、附带高运动响应和自由液面大变形现象的数值预报；
2)本发明综合现有成熟应用的水动力模拟方法和气动力模拟方法，分别计算机体水动力绕流场和机翼气动力绕流场，基于水动力和气动力的高精度流场结果，再考虑两者之间由于相互影响带来的机翼升力变化和机体阻力变化，修正后的升阻力计算结果具有较高的精度；
3)本发明还采用了自适应网格技术，可以在水动力为主的流场模拟中得到比较准确的自由液面和机体飞溅模拟结果。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

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。
8.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，所述方法还包括以下步骤：
在所述高速船水动力数值模型上应用自适应网格技术，对机体自由液面和液滴飞溅区域的网格进行自适应加密。
9.根据权利要求4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，包括:
基于数值映射，将解耦后机体绕流场和机翼绕流场结果插值到水上飞机初始流场，分别计算机体的水动力变化和机翼的升、阻力变化；
其中，所述数值映射具体为：采用最小二乘法或逆距离加权的插值格式，将一套网格的体中心物理场插值到另一套拓扑一致网格的体中心。
10.一种水上飞机的水面起降状态预测装置，其特征在于，包括：
第一模块，用于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；
第二模块，用于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；
第三模块，用于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；
第四模块，用于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。
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