微小型水下航行器水動(dòng)力性能分析及雙體干擾研究.pdf

1、微小型水下航行器以其體積、重量小、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)在海洋資源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛關(guān)注。微小型水下航行器工作時(shí)，將在復(fù)雜海洋環(huán)境中進(jìn)行六自由度運(yùn)動(dòng)，而在微小型水下航行器從水面或水下搭載平臺(tái)釋放或回收的過(guò)程中，它將處于搭載平臺(tái)擾動(dòng)的復(fù)雜流場(chǎng)中。由于其推進(jìn)與操縱系統(tǒng)功率有限，極易受到不規(guī)則海浪、海流、旋渦的影響，如何適應(yīng)復(fù)雜的海洋環(huán)境，有效地控制自身的航行狀態(tài)和保持自身的作業(yè)姿態(tài)，是微小型水下航行器必須面對(duì)的問(wèn)題。要解決這一問(wèn)題，

2、就必須要了解微小型水下航行器在復(fù)雜流場(chǎng)中的水動(dòng)力性能，包括其對(duì)不規(guī)則海浪、海流、旋渦的響應(yīng)，并據(jù)此制定控制策略，因此，微小型水下航行器在復(fù)雜流場(chǎng)中的水動(dòng)力性能研究是解決上述問(wèn)題的基礎(chǔ)。本文基于CFD技術(shù)計(jì)算了不同形式的微小型水下航行器在非均勻流場(chǎng)中的水動(dòng)力性能，并進(jìn)行了微小型航行器在復(fù)雜流場(chǎng)中的水動(dòng)力性能試驗(yàn)，同時(shí)也進(jìn)行了平板與鈍物體間的流動(dòng)干擾、對(duì)拍翼、串列翼推進(jìn)性能等雙體間水動(dòng)力干擾研究，主要內(nèi)容包括：
　　 (1)基于CF

3、D技術(shù)預(yù)報(bào)了回轉(zhuǎn)體、扁平體兩種形式的微小型水下航行器在均勻流場(chǎng)中定常、非定常水動(dòng)力性能.獲得了相關(guān)水動(dòng)力系數(shù)，并同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，分析了湍流模型、網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，探討了并行算法的計(jì)算效率。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)編寫(xiě)用戶(hù)自定義函數(shù)，生成了線(xiàn)性分布的非均勻流場(chǎng)，計(jì)算了回轉(zhuǎn)體、扁平體模型在非均勻流場(chǎng)中的直航、斜航、六自由度運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力性能。
　　 (2)在哈爾濱工程大學(xué)大型試驗(yàn)水池中采用潛水泵局部射流，池內(nèi)循環(huán)的方式生成了三

4、維復(fù)雜噴流流場(chǎng)，采用多普勒流速儀對(duì)復(fù)雜流場(chǎng)多個(gè)位置進(jìn)行了三維流速測(cè)量，比較了不同潛水泵頻率、數(shù)量生成的復(fù)雜流場(chǎng)速度分布情況。采用三分力天平測(cè)量了回轉(zhuǎn)體、扁平體模型在復(fù)雜流場(chǎng)中不同流速分布、不同漂角時(shí)的縱向力、橫向力和轉(zhuǎn)艏力矩，并同數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。
　　 (3)基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)邊界層內(nèi)網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，采用不匹配網(wǎng)格劃分方法實(shí)現(xiàn)了不同尺度網(wǎng)格的合理過(guò)渡，計(jì)算了微小型水下航行器距大型水下載體不同位置時(shí)的升力、阻力、俯仰

5、力矩性能。
　　 (4)基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格分析了前置、后置平板對(duì)不同截面形狀的鈍物體(圓柱、方柱)流體動(dòng)力性能的影響，結(jié)合布置平板前后流場(chǎng)參數(shù)以及鈍物體受力變化研究了平板與鈍物體間的流動(dòng)干擾現(xiàn)象。
　　 (5)分別采用動(dòng)網(wǎng)格和滑移網(wǎng)格方法計(jì)算了對(duì)拍翼、串列翼的推進(jìn)性能，探討了來(lái)流速度、相位差、頻率、振幅對(duì)其推進(jìn)性能的影響，系統(tǒng)的分析了對(duì)拍翼和串列翼較單翼拍動(dòng)在推力和推進(jìn)效率上的優(yōu)勢(shì)。采用動(dòng)網(wǎng)格方法計(jì)算了二維、三維拍動(dòng)平板的升