水下仿生航行器自主游動的三維數(shù)值研究.pdf

1、無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)近年來已經成為世界各國研究和應用的焦點，為了克服UUV傳統(tǒng)推進方式效率低、機動性能不佳等缺點，借鑒魚類、昆蟲等生物自推進方法的優(yōu)勢，設計適用于UUV的新型仿生推進系統(tǒng)，是UUV研制的一個重要方向。本文以課題組內研制的仿生航行器為原型，采用數(shù)值方法研究推進器構型及運動對推進性能的影響，為UUV的進一步優(yōu)化設計提供指導。
　　本文采用浸沒邊界法(Immer

2、sed Boundary Method，IBM)處理航行器與流體的相互作用，采用格子玻爾茲曼方法(Lattice Boltzmann Method，LBM)計算流體流動，采用四元數(shù)法計算航行器的游動，首先基于CPU計算平臺運用Fortran語言編寫計算程序，通過計算三維PoiseuiUe流及圓球繞流對程序的正確性進行驗證。鑒于三維計算耗時長及LBM的良好并行性能，接著利用PGI Fortran12.10對CUDA平臺的支持，運用CUDA

3、 Fortran初步實現(xiàn)了計算程序的GPU化，結果表明使用GPU計算能明顯的降低計算時間。
　　在此基礎上，研究了不同參數(shù)對雙尾鰭仿生航行器推進性能的影響。結果表明，Re數(shù)在一定范圍內對于尾鰭推進機理沒有本質影響;增大擺動擺幅、頻率均能提高推進速度，但同時也需要消耗更多能量，高頻率擺動對游動速度的提高影響有限，存在最佳頻率范圍;Re數(shù)不太高時，具有波動性質的柔性擺動全面優(yōu)于剛性尾鰭;在純擺動運動下，豐滿尾鰭的推進能力要顯著強于后部