水下熱滑翔機的外殼形狀分析研究與試驗.pdf

1、水下熱滑翔機是人類邁向海洋，征服海洋的重要武器。水下熱滑翔機作為一種高效環(huán)保，浮力驅動，低噪聲的自主式水下運載器，可以廣泛用于海洋科考以及軍事經濟領域。與傳統(tǒng)的電力推進的水下機器人相比，水下熱滑翔機以海洋溫差能為能源，通過特殊的動力裝置將熱能轉化為機械能進行航行，由于無須配備電池，其續(xù)航能力遠強于電力推進的水下機器人。
　　需要注意到海洋溫躍層的溫差較小，往往不超過20℃，溫度梯度值僅為約0.2℃/m，可利用的溫差能的能量品質較為

2、低下。因此，水下熱滑翔機必須面對熱機效率較低，熱機輸出功率不大的情況。在這種情況下，為了能夠持續(xù)航行，勢必要求水下熱滑翔機具有較高的水動力性能，如較低的阻力而較大的升力等?；谝陨峡紤]，本文進行外形設計的主要出發(fā)點之一是擇優(yōu)挑選具有較高水動力性能的設計方案。
　　水下熱滑翔機無外掛推進裝置，通過相變材料的體積變化來產生正負凈浮力控制滑翔機的運動狀態(tài)。凈浮力的變化只能實現(xiàn)滑翔機的沉浮運動，為了實現(xiàn)水平運動和偏轉運動，實現(xiàn)機動地航行，

3、需要裝配水平翼和尾翼，水平翼可以將升力轉化為水平力，而尾翼可以產生側向力。本文以優(yōu)化設計大升阻比的機翼為目標，通過C FD技術和機翼性能的經驗公式，分別對水平翼和尾翼的翼型和平面形狀參數(shù)進行分析，并通過數(shù)值模擬的方法，優(yōu)化水平翼及尾翼的合理安裝位置，使得機翼造成的阻力增加量較小同時機翼本身相對于滑翔機的力學效果最佳。
　　水下熱滑翔機的外殼設計和試制完成后，為了檢驗滑翔機的實際性能，需要選擇合適的場所進行試驗。如果選擇具有溫躍層的

4、海洋或湖泊作為試驗地，則需要消耗較大的成本和較長的時間，非常不便，而且由于水下自然環(huán)境復雜面臨丟失模型的風險。因此，本文基于相似理論研究在室內建立海洋溫躍層模擬水池的方案，為水下熱滑翔機提供可重復性高，穩(wěn)定便捷的試驗環(huán)境。合理地設計室內海洋溫躍層模擬水池參數(shù)，如縮尺比，水池的主尺度，溫度梯度場，動力相似數(shù)等。最后，通過傳感器實測驗證了設計的溫度梯度的目標值，說明具備了模擬海洋溫躍層的能力。
　　為了檢測設計的水下熱滑翔機的水動力性