[发明专利]一种垂直发射航行体水中点火燃气后效估计方法

权利要求书

1.一种垂直发射航行体水中点火燃气后效估计方法，其步骤包括：

首先建立航行体在水下发射过程中的航行体动力模型，

其中，

式中，t为航行体运动时间，F′为发射筒高压燃气弹射力，T′为发动机点火后航行体受到的轴向推力，m为航行体质量，s为航行体的迎流面积，C为阻力系数，ρ为海水密度，λ为附加质量；α和θ值利用航行体加速度计测量的各个方向的加速度值进行解算求取；

将航行体动力模型输入到CFD求解器中，利用CFD求解器对航行体水下运动参数进行求解；在得到航行体运动参数后对网格节点参数进行更新，进而对航行体能量方程及控制方程进行数值离散求解，最终得出航行体近体流场压力及温度分布参数；

采用Mixture模多相流型对流场进行求解，其控制方程基本形式为：

其中，为按质量平均的速度：式中，ρ_m为混合物密度：式中，α_k为第k相的体积分数；利用Mixture多相流模型进行求解时，分别设置了主相和副相，所有相体积分数之和为1，副相为多个，对于副相p的体积分数求解方法为：

其中，和为第q和p相之间的质量转化率，为第p相的迁移速度，其表达式为：对于Mixture多相流模型的动量方程，通过将所有相各自的动量方程相加的方法获得：

式中，n为相的序号，为体积力，μ_m为混合物相的粘性，其表达式为：为副相k的迁移速度，表达式为：Mixture多相流模型中混合物的能量方程为：

式中，k_eff为有效传导系数，表达式为：其中，k_t为湍动热传导系数，k_k为第k相的湍动能，其取值取决于所选择的湍流模型；代表了传导引起的能量迁移，S_E为其余的体积热源项；对于可压缩流动，E_k的表达式为：对于不可压缩流动，表达式为：E_k＝h_k，其中，h_k为第k相的焓；

上述偏微分方程组通过网格节点在计算域流场内进行离散化求解，具体步骤为：在计算过程的每个时间步，利用CFD方法联合求解Mixture模型控制方程、动量方程、能量方程和航行体动力模型，获得流场和航行体运动参数，通过更新网格将二者进行耦合，计算完毕后转入下一时间步；当第一步得到的速度在局部不满足连续方程时，从连续性方程和线化动量方程推导出压力校正的泊松方程，然后解出压力校正方程，获取压力和速度场；用上一个时间步长更新的、除了压力速度和温度外的其它变量值，解出湍流、能量和辐射等标量；当存在相间耦合时，用离散相轨迹计算来更新连续相的源项；根据计算的残差曲线检查设定方程的收敛性，当所有变量的残差值都降到10^-3时，就认为计算收敛，即完成了对压力和温度的离散求解。

2.一种如权利要求1所述的垂直发射航行体水中点火燃气后效估计方法，其特征在于，CFD计算模型采用二维轴对称的无限长圆柱体模型，全部流场区域采用结构化网格。

3.一种如权利要求2所述的垂直发射航行体水中点火燃气后效估计方法，其特征在于，在划分喷管时，在轴向方向、喷管及尾部附近处的网格大小接近一致。

4.一种如权利要求2所述的垂直发射航行体水中点火燃气后效估计方法，其特征在于，外场划分梯度网格，靠近航行体位置网格细密，远场较为稀疏。

5.一种如权利要求1所述的垂直发射航行体水中点火燃气后效估计方法，其特征在于，在CFD模型设置中，湍流模型采用RNGk-ε。

6.一种如权利要求1所述的垂直发射航行体水中点火燃气后效估计方法，其特征在于，在CFD模型设置中，壁面函数采用非平衡壁面函数法。