一种基于LBM-LES的航母尾流数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LBM

【技术实现步骤摘要】
一种基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及的
，尤其涉及一种基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法。

技术介绍

[0002]舰载机进场着舰过程中，航母以一定的航速逆风行驶，会在舰尾形成复杂的扰流区。研究航母尾流场结构及其随外界因素的变化规律，对舰载机降落的准确性和安全性具有十分重要的意义。
[0003]依靠实船直接测量和风洞试验的舰船尾流研究不但花费巨大，而且无法得到风场的精细结构。因此，随着计算机软硬件水平的提高，计算流体动力学(CFD)技术在舰船风场模拟方面得到越来越多的应用。研究结果表明，CFD模拟不但成本低，而且可以进行全尺寸舰船的模拟，与风洞实验的比较也验证了其可靠性，目前已成为研究舰船风场的重要手段。
[0004]由于尾流风场对舰船外形的依赖性很强，因此模拟时采用的舰船模型越接近真实舰船，模拟结果就越接近真实风场。但是，当数值模拟采用贴体网格时，舰船的复杂外形导致网格生成难度非常大，往往需要对舰船模型进行大量简化，从而导致模拟结果在一定程度上的失真。LBM(Lattice Boltzmann Method)是近年来出现并迅速发展的一种新的数值方法，由于它具有天然的并行性、适于处理复杂几何边界问题、计算效率和精度较高的特点，已在越来越多的领域得到应用，也为舰船尾流风场模拟提供了一种新的数值工具。
[0005]LBM是在介观尺度上求解Navier
‑
Stokes方程，可以对湍流进行直接模拟，但以目前的计算条件只能模拟中低雷诺数流动，无法满足工程需要，并且现有的有网格计算方法，由于桅杆、雷达天线等细长体的存在，网格难以刻画，在航母模型建模的过程中，必须对航母进行简化，简化后的航母模型在计算结果上存在一定的误差。本专利技术基于无网格方法的航母尾流数值模拟方法，可以精细刻画航母模型，无需简化，从而确保了计算的精度和效率。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述现有技术存在的航母模型建模困难、计算精度和计算效率难以保证等问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术目的是提供一种基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法，其基于未做任何简化的三维航母模型，采用LBM(Lattice Boltzmann Method)与LES(Large Eddy Simulation)相结合的数值方法LBM
‑
LES，模拟了不同风速和风向角下航母的尾流风场，并分析了舰载机理想着舰轨迹上的风场特征。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：此种基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法方法包括：
[0010]选取三维航母模型确定舰载机理想着舰轨迹；
[0011]设定计算区域、入流风速U0和风向角Φ；
[0012]利用LBM
‑
LES方法进行模拟，在风向角Φ相同条件下，分别模拟不同入流风速U0时舰载机着舰轨迹上航母的尾流风场，在入流风速U0相同条件下，分别模拟不同风向角Φ时舰载机着舰轨迹上航母的尾流风场。
[0013]作为本专利技术所述基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法的一种优选方案，其中：在计算区域中建立基础坐标系，其中Y轴正向为航母甲板垂直上方，X轴正向为出流边界条件，即风从舰艏吹向舰艉，X轴负向为入流边界条件，Y向和Z向均取为滑移边界条件。
[0014]作为本专利技术所述基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法的一种优选方案，其中：在模拟不同风向角Φ的情形时，入流风向保持与X轴平行。
[0015]作为本专利技术所述基于LBM
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LES的航母尾流数值模拟方法的一种优选方案，其中：所述尾流风场包括着舰轨迹上的时均风场，时均化处理时采用的时间区间Δt满足：
[0016][0017]即在Δt区间内风吹过3倍的船体长度，L为航母长度。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术采用LBM
‑
LES方法结合无网格法进行航母风场数值模拟时，航母模型无需任何简化，从而能够模拟出航母上各种构筑物对风场的影响，使得模拟结果更加接近真实风场。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0020]图1为本专利技术中航母模型与舰载机理想着舰轨迹示意图。
[0021]图2为U0＝5m/s、Φ＝0
°
时航母周围的三维涡量场示意图。
[0022]图3为U0＝10m/s、Φ＝0
°
时航母周围的三维涡量场示意图。
[0023]图4为U0＝15m/s、Φ＝0
°
时航母周围的三维涡量场示意图。
[0024]图5为Φ＝0
°
时不同U0条件下着舰轨迹上垂直速度的瞬态分布示意图。
[0025]图6为U0＝15m/s、Φ＝0
°
时着舰轨迹上x＝80m处垂直风速随时间的变化曲线示意图。
[0026]图7为Φ＝0
°
时不同U0条件下着舰轨迹上相对时均水平风速的分布示意图。
[0027]图8为Φ＝0
°
时不同U0条件下着舰轨迹上相对时均垂向风速的分布示意图。
[0028]图9为Φ＝0
°
时不同U0条件下着舰轨迹上相对时均侧向风速的分布示意图。
[0029]图10为U0＝15m/s、Φ＝0
°
时航母尾流三维涡量场和着舰轨迹侧视图。
[0030]图11为U0＝15m/s、左舷风Φ＝
‑
10
°
时航母尾流三维涡量场的俯视图。
[0031]图12为U0＝15m/s、正迎风Φ＝0
°
时航母尾流三维涡量场的俯视图。
[0032]图13为U0＝15m/s、右舷风Φ＝10
°
时航母尾流三维涡量场的俯视图。
[0033]图14为U0＝15m/s时不同Φ条件下着舰轨迹上相对时均水平风速的分布示意图。
[0034]图15为U0＝15m/s时不同Φ条件下着舰轨迹上相对时均垂向风速的分布示意图。
[0035]图16为U0＝15m/s时不同Φ条件下着舰轨迹上相对时均侧向风速的分布示意图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：选取三维航母模型确定舰载机理想着舰轨迹；设定计算区域、入流风速U0和风向角Φ；利用LBM
‑
LES方法进行模拟，在风向角Φ相同条件下，分别模拟不同入流风速U0时舰载机着舰轨迹上航母的尾流风场，在入流风速U0相同条件下，分别模拟不同风向角Φ时舰载机着舰轨迹上航母的尾流风场。2.如权利要求1所述的基于LBM
‑
LES的航母尾流数值模拟方法，其特征在于：在计算区域中建立基础坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：江召兵，王亮，
申请(专利权)人：南京欧帕提亚信息科技有限公司，
类型：发明
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