CN115758569A - 一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，包括以下步骤：S1、在FEM求解器中建立航行器的结构模型，有限元网络划分，航行器结构各项属性定义；S2、在CFD求解器中建立数值水池模型，设置水池边界条件，选择物理模型，对水池流体域进行网格划分并设置网格变形方式；S3、设置CFD–FEM流固耦合的数据传递方法，设置联合模拟方法；S4、流固耦合程序运行求解及数据导出。本发明方法将航行器结构、空化气泡、水和空气流体的相互作用综合考虑，充分考虑各类流固耦合问题，能够更精确地模拟高速航行器入水过程中的运动和受力情况。

Description

一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法

技术领域

本发明属于水下航行器技术领域，具体涉及一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法。

背景技术

水下航行器的高速入水问题一直被国内外学者广泛关注，相关的研究热点问题主要集中于航行器结构物入水过程中巨大的冲击载荷、入水过程中形成的空泡特性以及结构物的入水弹道特性等。研究和调查数据显示，军事实验中海上投放实雷时，由于巨大的入水冲击载荷，可导致近七成发射失败，典型失效模式包括投放物沉没、失灵、航行途中爆炸、跳水现象等。因此，准确预报航行器入水过程中遭受的巨大冲击载荷是目前亟待解决的问题。

航行器高速入水过程是一个复杂的气、液、固的三相耦合作用问题，具有强烈非线性、耦合性和非定常性。伴随着航行器入水过程中周围环境的不断改变，航行器、空泡及自由液面之间产生复杂的相互作用，空泡开始形成、发展然后溃灭，整个过程中航行器所受的载荷也在不断地变化。整个过程涉及两个主要问题：一是航行器结构、自由液面、空泡之间相互作用的非定常流体力学问题，二是航行器高速入水砰击过程的流固耦合动力学问题。由于航行器高速入水过程中水动力学问题的复杂性，至今仍未对这一复杂的液-固-气耦合过程中的入水受力特征及机理获得完全充分的认知。空泡伴随着航行器的入水过程不断地发展，在航行器入水过程中，入水冲击载荷会对航行器的运动产生影响，甚至造成航行器结构的局部破坏。因此，研究航行器高速入水过程中的空泡和载荷特性有很重要的工程应用价值和军事意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，包括以下步骤：

S1、在FEM求解器中建立航行器的结构模型，有限元网络划分，航行器结构各项属性定义；

S2、在CFD求解器中建立数值水池模型，设置水池边界条件，选择物理模型，对水池流体域进行网格划分并设置网格变形方式；

S3、设置CFD–FEM流固耦合的数据传递方法，设置联合模拟方法；

S4、流固耦合程序运行求解及数据导出。

进一步的，CFD求解器采用STAR-CCM+软件，FEM求解器采用Abaqus软件；采用STAR-CCM+软件中的Simulia引擎建立CFD求解器和FEM求解器的耦合平台。

进一步的，步骤S1具体为：

在FEM求解器中建立航行器结构的三维有限元模型；

航行器结构有限元网格划分；

航行器结构材料属性定义，定义航行器结构单元的壁厚、密度、弹性模量、泊松比以及结构阻尼；

施加约束和载荷，结合航行器运动自由度对有限元网格节点施加位移约束，根据网格所受载荷类型施加相应载荷。

进一步的，步骤S2具体为：

建立水池流体域，水池流体域为长方体空间域，由4个侧壁面、底面以及顶面围成；

建立航行器外壳的几何模型，设置航行器的几何参数及其在水池流体域中的初始位置；

在多相流欧拉相中定义液态水、水蒸气和空气三部分，在液态水与水蒸气两相之间建立主相为液态水、次相为水蒸气的相间相互作用；

选择物理模型，包括多相流模型、湍流模型和空化模型；多相流模型具体采用流体域体积模型VOF，湍流模型采用k-ε湍流模型，空化模型采用完整Rayleigh-Plesset模型；

对流体域进行网格划分，并在航行器头部、空化产生区域及自由面附近进行网格加密；

设置网格变形方式，分别采用重叠网格和变形网格技术模拟航行器的运动和结构变形，实现网格的混合变形；

设置边界条件，水池流体域的4个侧壁面和底面采用无滑移壁面，顶面采用压力出口，航行器物面采用无滑移壁面；

设置初始条件，水池模型内部设置静水初始条件，对压力出口边界设置物理值条件；

设置求解器，包括分离流求解器、分离VOF求解器和k-ε湍流求解器。

进一步的，对流体域进行网格划分中具体为：

采用六面体非结构化网格对计算域进行网格划分，采用重叠网格方案，计算域包括背景区域和重叠区域两部分。

进一步的，在分离流求解器与k-ε湍流求解器中，可根据入水情况，更改求解时的亚松驰因子、AMG线性求解器的循环类型的设置；

在分离VOF求解器中，可将求解策略改为隐式多步。

进一步的，步骤S3具体为：

在CFD求解器中，建立具备协同仿真功能的物理模型，选择外部求解器Abaqus；建立两个物理连续体模型，一个用于在STAR-CCM+中求解，另一个表示Abaqus中的物理模型；

建立变形运动，并将变形运动应用于交互的表面，使得数据能够在表面传递；

设置数据传递，传递的数据包括导出的物理场与导入的物理场；

设置联合模拟方法，选择载入库文件与执行文件；

在FEM求解器中，定义需要交互的表面信息，该外壳表面需要与CFD求解器中的表面完全重合；

导出.inp文件，并在文件中写入数据交互的命令。

进一步的，设置数据传递，具体为：

CFD求解器将作用于航行器表面上的流体压力和剪切力传递给FEM求解器；FEM求解器根据外部流场力、刚体惯性力、结构弹性力对航行器结构进行动力分析，并将所得到的航行器结构的运动和变形反馈给CFD求解器，用于更新流场信息，将位移场设置为受管，即通过耦合表面轮廓将应用该位移数据，以更新位移值。

进一步的，步骤S3中，设置联合模拟方法为隐式的分区交错耦合算法。

进一步的，步骤S4具体为：

程序运行求解，设置计算时间步长、总模拟时长、在耦合时间间隔内交换场之前的内部迭代数、每个时间步长内的数据交换次数，并同步运行两种求解器进行数值模拟计算；

观察CFD输出窗口与FEM求解文件，以判断求解参数设置及求解是否合适；

输出结果数据，包括：

在CFD求解器中输出航行器表面压力，空气、水蒸气体积分数分布图；在FEM求解器中输出航行器运动、局部应力、结构变形。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明提出了考虑航行器结构与流体、航行器结构与空泡、空泡与流体相互作用的一体化的时域模拟方法，将航行器结构、空化气泡、水和空气流体的相互作用综合考虑，充分考虑各类流固耦合问题，能够更精确地模拟高速航行器入水过程中的运动和受力情况。

2、本发明方法能够同时处理多相流和空化问题；航行器高速入水及其在水中航行的过程中，在航行器壁面附近会形成空泡，因此该问题中包含水蒸汽、空气和水共三相流动，并且水蒸汽和水之间存在质量交换；常规的流固耦合一般仅涉及水和空气两相流，本发明能够考虑并模拟水蒸汽、空气和水共三相流的相互作用问题。

3、本发明方法还能够考虑航行器结构的柔性变形效应及水弹性振动响应；因此，本方法能够分析入水冲击速度与航行器结构固有频率的相互关系对于航行器运动、结构共振响应的影响，为水下航行器入水过程的结构动力响应分析提供可靠方法。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是实施例中航行器的几何模型示意图；

图3是FEM求解器生成的航行器结构外壳的有限元网格示意图；

图4是CFD求解器的数值水池流体域与航行器的初始位置示意图；

图5是CFD求解器中流体域网格划分示意图；

图6是CFD求解器中航行器表面的面网格划分示意图；

图7是CFD和FEM求解器在流固耦合问题中的作用区域示意图；

图8是CFD–FEM双向耦合的数据交换途径示意图；

图9是CFD求解器模拟的航行器入水过程中7ms时刻的水气交界面和流场分布情况；

图10是CFD求解器模拟的航行器在入水过程中7ms时刻的水的体积分数分布情况；

图11是CFD求解器模拟的航行器在入水过程中7ms时刻的水蒸气的体积分数分布情况；

图12是FEM求解器模拟的航行器在入水过程中0.6ms时刻的结构表面应力分布情况；

图13是FEM求解器模拟的航行器在入水过程中0.6ms时刻的结构应力与变形情况；

图14是CFD求解器模拟的航行器在入水过程中的底部点的流体砰击压力时历曲线；

图15是FEM求解器模拟的航行器在入水过程中的垂向速度时历曲线；

图16是FEM求解器模拟的航行器在入水过程中的垂向位移时历曲线；

图17是FEM求解器模拟的航行器在入水过程中的底部点的结构应力时历曲线；

图18是FEM求解器模拟的航行器在入水过程中垂向流体合力时历曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例中，定义模型入水初速度100m/s，重力加速度9.8m/s²。航行器垂直发射进入平静的水面中，模拟过程中考虑航行器入水过程中产生的自由液面效应、入水空化效应，同时考虑航行器结构体的柔性变形效应与流固耦合问题。其中，CFD求解器采用STAR-CCM+软件，FEM求解器采用Abaqus软件。采用STAR-CCM+软件中的Simulia引擎建立两软件的耦合平台，从而进行CFD与FEM求解器之间的双向耦合数据交换。

如图1所示，一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，包括以下步骤：

S1、在FEM求解器中建立航行器的结构模型。在本实施例中，包括以下步骤：

S11、建立航行器结构的三维有限元模型；

本实施例中，如图2所示，水下航行器为锥头圆柱体，模型总长200mm，包括圆柱体、圆锥头两部分，为空腔壳体模型，其中圆柱体部分长160mm、圆锥头部分长40mm，圆柱半径25mm；

S12、航行器结构有限元网格划分；

本实施例中针对圆柱体部分采用S4R类型的网格进行壳单元网格划分；针对锥头部分采用STR165类型的网格进行壳单元网格划分。本实施例中生成的航行器结构外壳的有限元网格如图3所示。

S13、航行器结构材料属性定义，定义结构单元的壁厚、密度、弹性模量、泊松比以及结构阻尼。

本实施例中，壳体壁的厚度设置为3mm，航行器结构采用钢材，密度设为7850kg/m³、弹性模量为206GPa、泊松比0.3。采用瑞利阻尼模型，假设阻尼矩阵可表示为质量矩阵和刚度矩阵的线性组合，并输入阻尼系数。

S14、施加约束和载荷，结合航行器运动自由度对网格节点施加位移约束，根据网格所受载荷类型施加相应载荷。

本实施例中，由于一般航行器入水时处于空气域中，因此不限制各网格节点的运动，需要对所有网格节点施加重力载荷，需要对所有网格节点预定义下落初速度100m/s。对于与气体或液体接触的航行器表面的网格节点施加相应的流体载荷，此流体载荷由CFD求解器计算得到。

S2、在CFD求解器中建立数值水池模型，包括以下步骤：

S21、建立水池流体域，水池流体域为长方体空间域，由4个侧壁面、底面以及顶面围成。水池流体域在纵向、横向、垂向的尺寸分别为-15D<x<15D、-8D<y<8D、-30D<z<10D，其中D＝50mm为航行器圆柱段的直径。数值水池流体域与航行器的初始位置如图4所示。

S22、建立航行器外壳的几何模型，几何外形与FEM求解器中的一致。航行器的初始位置位于流体域水平面的中心，其底端距离水面的高度为30mm。

S23、在多相流欧拉相中定义液态水、水蒸气和空气三部分，在液态水与水蒸气两相之间建立主相为液态水、次相为水蒸气的相间相互作用。自由面的垂向位置位于坐标原点。初始体积分数设置两相，当体积分数γ＝0表示完全为空气，γ＝1表示完全为水，γ＝0.5表示由50％水和50％空气组成；单独监测水蒸气的体积分数，γ＝0表示没有出现水蒸气，γ＞0表示出现水蒸气。

S24、选择物理模型，包括多相流模型、湍流模型和空化模型。多相流模型设置流体域体积(VOF)模型，该模型适用于存在互不相融的流体交界面的情况。湍流模型选择k-ε湍流模型，该模型适用范围广，收敛性好。空化模型选用完整Rayleigh-Plesset模型，该模型考虑了气泡增长加速度的影响以及粘性效应和表面张力效应。

S25、对流体域进行有限体积的网格划分，并在航行器头部、空化产生区域及自由面附近进行网格加密。采用六面体非结构化网格对计算域进行网格划分，采用重叠网格方案，计算域包括背景区域和重叠区域两部分。为精确捕捉自由液面和锥头圆柱体周围的湍流等物理量的剧烈变化，在自由液面、空化产生区域以及锥头圆柱体周围进行局部网格加密。航行器外壳壁面处设置5层边界层网格。流体域的网格划分如图5所示，航行器表面的面网格划分如图6所示。

S26、设置网格变形方式，分别采用重叠网格和变形网格技术模拟航行器的运动和结构变形，实现网格的混合变形。重叠网格技术用于模拟航行器在入水过程中的大幅刚体运动，变形网格技术用于模拟航行器结构的弹性变形与振动。

S27、设置边界条件，水池流体域的4个侧壁面和底面采用无滑移壁面，顶面采用压力出口，航行器物面采用无滑移壁面。

S28、设置初始条件，水池模型内部设置静水初始条件，多相流的体积分布只设置液态水与空气两相分布，对压力出口边界设置物理值条件，通过场函数定义三相介质的体积分数分布，并定义出口处的压力为1个标准大气压。

S29、设置求解器，包括分离流求解器、分离VOF求解器和k-ε湍流求解器。在分离流求解器与k-ε湍流求解器中，可根据入水情况，更改求解时的亚松驰因子、AMG线性求解器的循环类型的设置。在分离VOF求解器中，可将求解策略改为隐式多步，这将在每个时间步内执行多个步，将时间子循环应用于体积分数的传输，可以提高两相之间交界面的分辨率。

S3、设置CFD–FEM流固耦合的数据传递方法。在本实施例中，包括以下步骤：

S31、在CFD求解器中，建立具备协同仿真功能的物理模型，选择外部求解器Abaqus。在此模拟中，需要两个物理连续体模型，一个用于在STAR-CCM+(内部连续体)中求解，另一个表示Abaqus(外部连续体)中的物理模型。如图7所示，CFD求解器用于处理水、空气和气泡的流体动力学问题，FEM求解器用于处理航行器结构运动与变形的结构动力学问题。

S32、建立变形运动，并将变形运动应用于与Abaqus交互的表面，使得数据能够在表面传递。在本实施例中，将变形运动应用于重叠网格中，将航行器表面边界指定与外部程序耦合。

S33、设置数据传递，传递的数据包括导出的物理场与导入的物理场。如图8所示，CFD求解器将作用于航行器表面上的流体压力和剪切力传递给FEM求解器；FEM求解器根据外部流场力、刚体惯性力、结构弹性力对航行器结构进行动力分析，并将所得到的航行器结构的运动和变形反馈给CFD求解器，用于更新流场信息，将位移场设置为“受管”，即通过耦合表面轮廓将应用该位移数据，以更新位移值。

S34、设置联合模拟方法为隐式的分区交错耦合算法，选择载入库文件与执行文件。在本实施例中，选用Abaqus标准求解器，传输间隔与求解器求解频率一致，将程序中的“ABQSMACseModules.dll”文件作为库文件，指定执行器为abaqus.bat。

S35、在FEM求解器中，定义需要交互的表面信息，该外壳表面需要与CFD求解器中的表面完全重合。在本实施例中，交互表面为航行器的圆锥面、圆柱段侧面及航行器顶部三个面，可命名为“XXX”。

S36、导出.inp文件，并在文件中写入数据交互的命令。文件中包含有限元模型材料参数、节点位置、求解器属性、场输出、边界条件等全部信息，模型的空间位置需要与CFD求解器中的位置完全重合。在该文件中写入数据交互信息，如输出位移信息，可写入“*CO-SIMULATION REGION,TYPE＝SURFACE,EXPORTASSEMBLY_XXX,U”。

S4、流固耦合程序运行求解及数据导出。在本实施例中，包括以下步骤：

S41、程序运行求解，设置计算时间步长、总模拟时长、在耦合时间间隔内交换场之前的内部迭代数、每个时间步长内的数据交换次数，并同步运行两种求解器进行数值模拟计算。在本实施例中，模拟计算时长为7ms、计算步长为0.01ms，残差的收敛值为1×10^-4。每个时间步长内的迭代次数为5，流体与结构求解器之间的数据交换次数为1，耦合时间间隔内交换场之前的内部迭代数为1。

S42、观察CFD输出窗口与Abaqus求解文件(包括.dat文件、.msg文件、.odb文件)，以判断求解参数设置及求解是否合适。由于CFD模型与FEM模型中的航行器外表面网格是不匹配的(通常来说，FEM模型中的航行器表面网格要比CFD模型的粗糙)，数据传递不能直接进行。FEM模型中的各个网格上的流体力可通过高斯面积分得到，在四边形网格上引入9个高斯点，每个高斯点处的流体压力定义为与其距离最近的CFD体网格节点处的压力值。另一方面，CFD体网格节点的位移和变形则通过其周围FEM网格节点的位移的形函数插值获取。在求解结果合理的情况下，可以接受.dat文件和.msg文件中出现的警告，但不能忽视文件中的错误。

S43、输出结果数据，在CFD求解器中输出航行器表面压力，空气、水蒸气体积分数分布图；在FEM求解器中输出航行器运动、局部应力、结构变形。

如图9所示，为CFD求解器模拟的航行器入水过程中7ms时刻的水气交界面和流场分布情况；如图10所示，为CFD求解器模拟的航行器在入水过程中7ms时刻的水的体积分数分布情况；如图11所示，为CFD求解器模拟的航行器在入水过程中7ms时刻的水蒸气的体积分数分布情况；如图12所示，为FEM求解器模拟的航行器在入水过程中0.6ms时刻的结构表面应力分布情况；如图13所示，为FEM求解器模拟的航行器在入水过程中0.6ms时刻的结构应力与变形情况(为了突出显示变形效果，变形放大系数取1000)；如图14所示，为CFD求解器模拟的航行器在入水过程中的底部点的流体砰击压力时历曲线，其中P1和P2分别为底部中心点和R/2处的点(R为圆柱半径)；如图15所示，为FEM求解器模拟的航行器在入水过程中的垂向速度时历曲线；如图16所示，为FEM求解器模拟的航行器在入水过程中的垂向位移时历曲线；如图17所示，为FEM求解器模拟的航行器在入水过程中的底部点的结构应力时历曲线，其中S1、S2和S3分别为底部中心点、R/2处的点和圆柱与圆锥交界处的点；如图18所示，为FEM求解器模拟的航行器在入水过程中垂向流体合力时历曲线。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在FEM求解器中建立航行器的结构模型，有限元网络划分，航行器结构各项属性定义；

S2、在CFD求解器中建立数值水池模型，设置水池边界条件，选择物理模型，对水池流体域进行网格划分并设置网格变形方式；

S3、设置CFD–FEM流固耦合的数据传递方法，设置联合模拟方法；

S4、流固耦合程序运行求解及数据导出。

2.根据权利要求1所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，CFD求解器采用STAR-CCM+软件，FEM求解器采用Abaqus软件；采用STAR-CCM+软件中的Simulia引擎建立CFD求解器和FEM求解器的耦合平台。

3.根据权利要求1所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，步骤S1具体为：

在FEM求解器中建立航行器结构的三维有限元模型；

航行器结构有限元网格划分；

航行器结构材料属性定义，定义航行器结构单元的壁厚、密度、弹性模量、泊松比以及结构阻尼；

施加约束和载荷，结合航行器运动自由度对有限元网格节点施加位移约束，根据网格所受载荷类型施加相应载荷。

4.根据权利要求1所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，步骤S2具体为：

建立水池流体域，水池流体域为长方体空间域，由4个侧壁面、底面以及顶面围成；

建立航行器外壳的几何模型，设置航行器的几何参数及其在水池流体域中的初始位置；

在多相流欧拉相中定义液态水、水蒸气和空气三部分，在液态水与水蒸气两相之间建立主相为液态水、次相为水蒸气的相间相互作用；

选择物理模型，包括多相流模型、湍流模型和空化模型；多相流模型具体采用流体域体积模型VOF，湍流模型采用k-ε湍流模型，空化模型采用完整Rayleigh-Plesset模型；

对流体域进行网格划分，并在航行器头部、空化产生区域及自由面附近进行网格加密；

设置网格变形方式，分别采用重叠网格和变形网格技术模拟航行器的运动和结构变形，实现网格的混合变形；

设置边界条件，水池流体域的4个侧壁面和底面采用无滑移壁面，顶面采用压力出口，航行器物面采用无滑移壁面；

设置初始条件，水池模型内部设置静水初始条件，对压力出口边界设置物理值条件；

设置求解器，包括分离流求解器、分离VOF求解器和k-ε湍流求解器。

5.根据权利要求4所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，对流体域进行网格划分中具体为：

采用六面体非结构化网格对计算域进行网格划分，采用重叠网格方案，计算域包括背景区域和重叠区域两部分。

6.根据权利要求4所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，在分离流求解器与k-ε湍流求解器中，可根据入水情况，更改求解时的亚松驰因子、AMG线性求解器的循环类型的设置；

在分离VOF求解器中，可将求解策略改为隐式多步。

7.根据权利要求2所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，步骤S3具体为：

在CFD求解器中，建立具备协同仿真功能的物理模型，选择外部求解器Abaqus；建立两个物理连续体模型，一个用于在STAR-CCM+中求解，另一个表示Abaqus中的物理模型；

建立变形运动，并将变形运动应用于交互的表面，使得数据能够在表面传递；

设置数据传递，传递的数据包括导出的物理场与导入的物理场；

设置联合模拟方法，选择载入库文件与执行文件；

在FEM求解器中，定义需要交互的表面信息，该外壳表面需要与CFD求解器中的表面完全重合；

导出.inp文件，并在文件中写入数据交互的命令。

8.根据权利要求7所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，设置数据传递，具体为：

CFD求解器将作用于航行器表面上的流体压力和剪切力传递给FEM求解器；FEM求解器根据外部流场力、刚体惯性力、结构弹性力对航行器结构进行动力分析，并将所得到的航行器结构的运动和变形反馈给CFD求解器，用于更新流场信息，将位移场设置为受管，即通过耦合表面轮廓将应用该位移数据，以更新位移值。

9.根据权利要求7所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，步骤S3中，设置联合模拟方法为隐式的分区交错耦合算法。

10.根据权利要求1所述的一种航行器高速入水砰击与空化现象的流固耦合模拟方法，其特征在于，步骤S4具体为：

程序运行求解，设置计算时间步长、总模拟时长、在耦合时间间隔内交换场之前的内部迭代数、每个时间步长内的数据交换次数，并同步运行两种求解器进行数值模拟计算；

观察CFD输出窗口与FEM求解文件，以判断求解参数设置及求解是否合适；

输出结果数据，包括：

在CFD求解器中输出航行器表面压力，空气、水蒸气体积分数分布图；在FEM求解器中输出航行器运动、局部应力、结构变形。

Images