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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明涉及水下航行器外形优化及水动力验证技术，旨在提供一种碟形水下直升机外形的CFD仿真优化及验证方法。包括：建立仿真域模型和简化的三维模型；对模型的外形进行局部修改，然后再次获取其表面的瞬态阻力数据，并与优化前的数据进行比较；根据比较结果判断外形优化的效果，以确定是否需要进一步优化；按直升机尾部优化的直线轮廓与原轮廓相切点不断上移的原则对模型的外形进行逐步优化；直至针对最终模型进行水动力测试时，能在任意x轴方向上达到最佳降阻效果，且在相应的y轴、z轴方向上达到最佳稳定效果。本发明提出了水下直升机局部优化的方法，并通过设计简单的水下直升机尾部流速实验来验证外形优化方案的合理性。

主权项：1.一种碟形水下直升机外形的CFD仿真优化方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在FluentCFD软件中建立仿真域模型和完全碟形水下直升机简化的三维模型，水下直升机居中放置，选择水为流体介质；根据水下直升机表面的瞬态阻力选择湍流模型；该步骤具体包括：（1.1）将仿真域模型导入ICEM软件中进行六面体结构化网格的划分，并在水下直升机的周围建立内部流域以划分边界层网格；将整个流场域划分四种数量的网格，并保证相邻数量的网格增量不小于20%；（1.2）将划分好的数量最小的网格导入到FluentCFD软件中；选择双精度模式，求解器类型为基于压力模式，将计算模式选择为瞬态模型，选择水为流体介质；（1.3）将仿真域模型的进口边界条件设置为2ms的速度入口，出口边界条件设置为0Pa的压力出口，水下直升机的表面及壁面边界条件设置为绝热壁面、无滑移边界；（1.4）选择标准Standardk-e与RNGk-e湍流模型，并作对比；（1.5）在水下直升机的x、y、z三个轴向上建立监视器，记录表面的瞬态阻力随时间的变化情况；（1.6）在完成网格数量最少的仿真计算后，将其他三个数量的网格导入Fluent软件中并重复步骤（1.2）至步骤（1.5）；（1.7）将四种网格数量及两种湍流模型得到的总共八组仿真结果，导入到Origin软件中进行作图分析；以x轴方向的时均阻力为标准对网格数量进行研究，若时均阻力没有稳定，则继续增加网格数量并重复步骤（1.2）至步骤（1.5）；当时均阻力稳定后，以该网格数量下的y向侧向阻力为标准对两种湍流模型进行比较分析，从而确定最终使用的CFD计算网格数量及湍流模型；（2）对水下直升机模型的外形进行局部修改，然后再次获取其表面的瞬态阻力数据，并与优化前的数据进行比较；根据比较结果判断外形优化的效果，以确定进一步优化的方向；该步骤具体包括：（2.1）随机选择水下直升机轮廓上下对称的两个点，将两点之间的圆弧线更改成直线，该直线与原来的轮廓相切；（2.2）根据优化后的水下直升机，建立新的仿真域模型和水下直升机简化三维模型；（2.3）将新的模型导入到ICEM软件中划分网格；将该网格导入到Fluent软件中，选择双精度模式，求解器类型为基于压力模式；将计算模式选择为瞬态模型，选择水为流体介质；（2.4）将仿真域模型的进口边界条件设置为2ms的速度入口，出口边界条件设置为0Pa的压力出口，水下直升机表面及壁面边界条件设置为绝热壁面、无滑移边界；（2.5）根据水下直升机表面的瞬态阻力选择湍流模型；（2.6）在新的水下直升机模型的x、y、z三个轴向上建立监视器，记录表面的瞬态阻力随时间的变化情况；（2.7）将步骤（2.6）得到的阻力结果导入到Origin软件中进行作图分析，并与步骤（1.7）中优化前的阻力结果进行对比；具体地，根据x轴方向上的阻力变化来判断优化措施是否有降阻效果，根据y轴、z轴方向上的侧向力变化来判断优化措施是否有提高稳定性效果，综合考虑判断结果后确认下一步优化的方向；（3）重复步骤（2），按直升机尾部优化的直线轮廓与原轮廓相切点不断上移的原则对水下直升机模型的外形进行逐步优化；直至针对最终模型进行水动力测试时，能在任意x轴方向上达到最佳降阻效果，且在相应的y轴、z轴方向上达到最佳稳定效果；该步骤具体包括：（3.1）对最终优化的水下直升机建立仿真域模型，并使用ICEM软件划分网格；将该网格导入到Fluent软件中，选择双精度模式，求解器类型为基于压力模式；将计算模式选择为瞬态模型，选择水为流体介质；（3.2）将仿真域模型的进口边界条件设置为2ms的速度入口，出口边界条件设置为0Pa的压力出口，水下直升机表面及壁面边界条件设置为绝热壁面、无滑移边界；（3.3）根据水下直升机表面的瞬态阻力选择湍流模型；（3.4）在新的水下直升机模型的x、y、z三个轴向上建立监视器，记录表面的瞬态阻力随时间的变化情况。

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