[发明专利]一种水面飞行器水动弹性响应分析方法

权利要求书

1.一种水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：对水面飞行器进行全机结构有限元建模，计算水面飞行器附加质量和全机质量，代入水面飞行器动力学运动方程求解，获取水面飞行器湿模态，再依据水面飞行器湿模态特性，将飞行器使用过程中的水动载荷施加于有限元模型，求解该模型的瞬态响应特性。

2.根据权利要求1所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：

包括如下步骤：步骤1、依据水面飞行器的总体外形、结构形式及质量分布进行全机结构有限元建模；

步骤2、依据水面飞行器的装载状态及水面滑行参数计算水面飞行器的吃水线位置；

步骤3、利用水面飞行器吃水线以下的结构参数计算水对机体产生的附加质量；

步骤4、将附加质量和全机质量叠加代入运动方程，求解水面飞行器的湿模态特性；

步骤5、依据湿模态分析结果，求解机体结构的水动弹性响应特性。

3.根据权利要求2所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：步骤2中，水面滑行参数包括但不限于全机重量重心、滑行速度、襟翼偏角、升降舵偏角。

4.根据权利要求2所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：步骤2中，通过计算水面飞行器的重力、升力及所需的浮力，根据浮力及几何外形计算水面飞行器吃水线位置。

5.根据权利要求2所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：根据水面飞行器吃水线位置，在有限元模型中定义与水接触的结构单元，然后利用附加质量理论计算水对机体产生的附加质量。

6.根据权利要求2所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：所述附加质量表示形式为：

[M_a]＝[D]^-1·[E]

其中，M_a为水对结构产生的附加质量矩阵，D为有限元模型节点速度向量与流速向量数值积分得到的系数矩阵，E为有限元模型节点作用力与流速向量数值积分得到的系数矩阵。

7.根据权利要求2所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：考虑水为各向同性、不可压缩的理想流体，以及水附加惯性力的作用，将附加质量和全机质量叠加，代入固有模态运动方程，

式中，M为全机质量矩阵，C为阻尼矩阵，K为刚度矩阵，x为位移向量，求解方程的特征根、特征向量，得到水面飞行器的湿模态。

8.根据权利要求2所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：基于水面飞行器的湿模态分析结果，将水面飞行器使用过程中的水动载荷简化并施加于有限元模型，求解模型的瞬态响应方程得到水面飞行器水动弹性响应历程。

其中，瞬态响应方程如下：

[φ]^T[M+M_a][φ]·{ξ(t)}+[φ]^T[C][φ]·{ξ(t)}+[φ]^T[K][φ]·{ξ(t)}＝[φ]^T{P(t)}

式中，φ为湿模态振型，ξ为模态坐标，P(t)为时域内的瞬态激励载荷，是时间t的函数。

9.根据权利要求2所述的水面飞行器水动弹性响应分析方法，其特征在于：所述水动弹性响应参数包括但不限于过载、应力、变形、剪力、弯矩、扭矩。