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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明涉及一种水下航行体三维边界层转捩线预测方法，包括以下步骤：确定水下航行体的外形和航行工况，计算水下航行体的三维层流基本流流场；分析并确定水下航行体三维边界层小扰动传播方向；确定需要计算的频率点集合，对于频率点集合中的一个输入频率，并计算出无量纲的圆频率后，在此输入频率下分析水下航行体各站位三维小扰动的幅值增长率和计算临界失稳线；输入一个子午面后，在输入频率下计算水下航行体三维小扰动幅值放大因子；遍历所有需要计算的子午面；得到输入频率下的所述水下航行体各站位的小扰动幅值放大因子；遍历需要计算的所有频率；预测水下航行体三维边界层转捩线。

主权项：1.一种水下航行体三维边界层转捩线预测方法，包括以下步骤：步骤一：确定水下航行体的外形和航行工况，计算水下航行体的三维层流基本流流场；步骤二：分析并确定水下航行体三维边界层小扰动传播方向，包括步骤如下：1计算壁面法线上基本流动能的分布，找到基本流动能第一个极大值，第一个极大值点到航行体壁面的距离即为边界层厚度，极大值点的位置为边界层外缘位置；2分析边界层外缘位置处的速度，计算步骤1中边界层外缘位置处的切向速度，将其速度方向取为势流方向，并且将势流方向作为小扰动传播方向；步骤三：确定需要计算的频率点集合，对于频率点集合中的一个输入频率f，并计算出无量纲的圆频率ω后，在此输入频率下分析水下航行体各站位三维小扰动的幅值增长率和计算临界失稳线，包括如下：1建立无量纲的三维流动的线性化的扰动方程；2在曲面边界层势流方向上使用近似平行流假设，得到行进波形式的扰动展开式；将所述扰动展开式代入到所述线性化的扰动方程，即得到线性稳定性方程；3由线性稳定性方程，利用数值计算方法，获得所述水下航行体壁面不同站位波数α、β的和圆频率ω的特征关系；在某一圆频率ω下，取势流方向为各站位小扰动传播方向，利用鞍点法确定各站位小扰动传播幅值增长率，即利用特征关系求得所有满足的βr和对应的增长率σ＝-αi,并考虑当地最危险即增长率最大的情况，得到小扰动幅值增长率σg；4对于频率点集合中的每个输入频率f，从所述水下航行体的一个输入子午面出发，找到第一个小扰动幅值增长率为零为的点，从而确定输入的频率f下的水下航行体的临界失稳曲线；步骤四：输入一个子午面后，在输入频率f下计算水下航行体三维小扰动幅值放大因子，包括如下：认为边界层内在频率f下的小扰动能够持续增长到转捩位置，圆频率ω的小扰动从输入子午面和步骤三得到的临界失稳曲线的交点S0出发，沿着小扰动传播方向传播到站位S的放大系数，即小扰动幅值放大因子N；在输入频率f下，从输入子午面和步骤三得到的临界失稳曲线的交点S0出发，按4式积分计算出扰动传播曲线上各点的扰动幅值放大因子N；遍历所有需要计算的子午面；得到输入频率f下的所述水下航行体各站位的小扰动幅值放大因子Nq1,q3,f；改变频率f，再进行步骤三中4和步骤四的计算，直至遍历需要计算的所有频率f后进入步骤五；步骤五：预测水下航行体三维边界层转捩线。

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