水下仿生航行器自主游動(dòng)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(jīng)成為世界各國研究和應(yīng)用的焦點(diǎn)，為了克服UUV傳統(tǒng)推進(jìn)方式效率低、機(jī)動(dòng)性能不佳等缺點(diǎn)，借鑒魚類、昆蟲等生物自推進(jìn)方法的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)適用于UUV的新型仿生推進(jìn)系統(tǒng)，是UUV研制的一個(gè)重要方向。本文以課題組內(nèi)研制的仿生航行器為原型，采用數(shù)值方法研究推進(jìn)器構(gòu)型及運(yùn)動(dòng)對推進(jìn)性能的影響，為UUV的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
　　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(jì)算流體流動(dòng)，采用四元數(shù)法計(jì)算航行器的游動(dòng)，首先基于CPU計(jì)算平臺(tái)運(yùn)用Fortran語言編寫計(jì)算程序，通過計(jì)算三維PoiseuiUe流及圓球繞流對程序的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。鑒于三維計(jì)算耗時(shí)長及LBM的良好并行性能，接著利用PGI Fortran12.10對CUDA平臺(tái)的支持，運(yùn)用CUDA

3、 Fortran初步實(shí)現(xiàn)了計(jì)算程序的GPU化，結(jié)果表明使用GPU計(jì)算能明顯的降低計(jì)算時(shí)間。
　　在此基礎(chǔ)上，研究了不同參數(shù)對雙尾鰭仿生航行器推進(jìn)性能的影響。結(jié)果表明，Re數(shù)在一定范圍內(nèi)對于尾鰭推進(jìn)機(jī)理沒有本質(zhì)影響;增大擺動(dòng)擺幅、頻率均能提高推進(jìn)速度，但同時(shí)也需要消耗更多能量，高頻率擺動(dòng)對游動(dòng)速度的提高影響有限，存在最佳頻率范圍;Re數(shù)不太高時(shí)，具有波動(dòng)性質(zhì)的柔性擺動(dòng)全面優(yōu)于剛性尾鰭;在純擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)下，豐滿尾鰭的推進(jìn)能力要顯著強(qiáng)于后部