[发明专利]开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及数值仿真技术领域，特别涉及一种开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真实现方法。

背景技术

探索和开发海洋具有着重要的战略意义。基于此，海洋水下机器人应运而生，在海洋领域发挥着重要的作用。随着海洋水下机器人的不断发展，其应用领域也不断扩展，在海洋世界研究与开发、探索未知领域、科学实践考察和水下工程实施等等方面都得到前所未有的突破。民用方面，海洋水下机器人主要被用来实现海洋环境数据监测和海底资源探索等方面。军事方面，海洋水下机器人作为无人武器系统的重要组成部分，能实现长距离水下空间自主周围环境勘测、目标识别跟踪、情报收集传输，极大程度拓宽了水面舰船或潜艇的协同作战空间，使得海洋水下机器人成为了未来水下战争中执行特殊作战任务的重要手段之一。

开架式海洋机器人是海洋机器人中的重要组成部分，主要用来完成海洋水下操作任务及观察任务。由于开架式海洋机器人的布局具有开放性，因此海洋机器人的结构形式种类多，外部特征不规则，因此很难采用经验公式进行水动力参数估计，需要进行多次的水池拖拽试验得到速度及相应的阻力值，来对机器人的水动力参数进行计算。通常开架式海洋机器人要进行数十次水池拖拽试验，因此试验周期长，同时试验成本很高。数值仿真技术是一项通过计算机建模及运算来对物理现象进行准确模拟。目前，针对开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真技术尚为空白，即目前还没有相关技术可实现开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真实现方法，该方法通过分析开架式海洋机器人数值模型和水池数值模型的参数设置，模拟实际拖曳试验过程，避免了实际试验中数十次水池拖曳操作，降低了试验周期和试验成本。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真实现方法，包括以下步骤：建立开架式海洋机器人三维数值模型；建立试验水池数值模型，并对流体赋予不同的属性及运动学参数来实现对试验水池的数值仿真；建立数值装配模型，并将所述开架式海洋机器人三维数值模型与试验水池数值模型进行组装；设定水池拖拽试验的数值仿真参数；执行水池拖拽试验数值仿真过程，得到不同水流速度以及水流流动方向下的阻力值，以实现开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真。

另外，根据本发明上述实施例的开架式海洋机器人水池拖拽试验的数值仿真实现方法还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述建立开架式海洋机器人三维数值模型，进一步包括：仅建立所述开架式海洋机器人的外部特征数值模型，并通过开架式海洋机器人的实体数值模型替代其内部模型。

在一些示例中，所述开架式海洋机器人在x轴方向的最大尺寸定义为所述开架式海洋机器人的长度，所述开架式海洋机器人在y轴方向的最大尺寸定义为所述开架式海洋机器人的宽度，所述开架式海洋机器人在z轴方向的最大尺寸定义为所述开架式海洋机器人的高度。

在一些示例中，通过在流体计算软件中建立一块流体域，得到所述试验水池数值模型。

在一些示例中，所述流体域在X轴方向的最大尺寸定义为所述流体域的长度，所述流体域在Y轴方向的最大尺寸定义为所述流体域的宽度，所述流体域在Z轴方向的最大尺寸定义为所述流体域的高度。

在一些示例中，所述流体域的尺寸根据开架式海洋机器人的外部特征进行建立。

在一些示例中，所述流体域的长度为所述开架式海洋机器人长度的5倍，所述流体域的宽度为所述开架式海洋机器人宽度的6倍，所述流体域的高度为所述开架式海洋机器人高度的6倍。

在一些示例中，所述将所述开架式海洋机器人三维数值模型与试验水池数值模型进行组装，进一步包括：将所述开架式海洋机器人三维数值模型置于所述试验水池数值模型的中心，并且所述开架式海洋机器人三维数值模型的x、y和z轴对应平行于所述试验水池数值模型的X、Y与Z轴。

在一些示例中，所述设定水池拖拽试验的数值仿真参数，进一步包括：根据试验水池的实际物理参数，进行流体密度设置、动力粘度系数设置、流体流入速度设置以及流体流出速度设置。

在一些示例中，在所述水池拖拽试验数值仿真过程中，根据相对速度原理，将所述开架式海洋机器人的运动速度转化为相应的水池数值模型中的水流速度，且所述开架式海洋机器人保持静止。