近水面航行的欠驱动水下航行器水动力性能研究

发布时间：2017-10-20 07:36

  本文关键词：近水面航行的欠驱动水下航行器水动力性能研究

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【摘要】：在不断寻求新资源的过程中,海洋资源日益受到人们的重视。在探寻丰富的海洋资源的过程中,水下航行器是一种重要的辅助探测工具,尤其是外形规整、结构简单的鱼雷形欠驱动水下航行器,在海洋资源搜索中发挥着关键作用。良好的水动力性能是水下航行器能准确探寻到水下资源的关键,然而目前大多数研究是针对于水下航行器深水航行时的水动力性能,对于近水面航行的水动力性能研究较少。水下航行器近水面航行时容易受到自由液面的影响,因此其水动力性能不同于深水航行状态,研究近水面的水动力性能具有较高的理论价值和工程意义。近年来,随着计算机技术的发展、网格技术的优化和求解器精度的提升,越来越多的人基于CFD理论开展数值模拟计算来研究水下航行器的水动力性能。本文基于CFD理论,运用Fluent软件对欠驱动水下航行器近水面航行进行数值模拟,计算其水动力系数,分析其水动力性能。首先,分析欠驱动水下航行器在不同潜深,不同航速下直航时的水动力性能,然后分析水下航行器在不同攻角或漂角下斜航时的水动力性能,计算每种工况下受到的阻力和力矩,给出阻力和力矩随潜深和航速变化的曲线,通过分析其具体数值给出阻力和力矩变化幅度,观察速度云图和压力云图,分析其变化原因。其次,对欠驱动水下航行器在近水面的升沉、俯仰、横荡、艏摇运动进行数值模拟,分别计算其在不同频率下的阻力和力矩值,通过相关软件进行曲线拟合,无因次化后得到水动力系数,最后分析得到水动力系数随频率变化的规律。最后,研究线型对欠驱动水下航行器阻力性能的影响。对比碟形、鱼雷形、流线形、椭球体形的水下航行器在同等条件下直航时的阻力数据,分析得出使欠驱动水下航行器阻力性能更优的线型。
【关键词】：欠驱动水下航行器 近水面航行 阻力性能 水动力系数
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题的研究目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势11-13
• 1.3 论文主要研究内容13-14
• 第2章 CFD数值模拟计算理论及方法14-23
• 2.1 控制方程14-16
• 2.2 湍流模型16-18
• 2.3 离散方法及离散格式18-20
• 2.4 SIMPLE算法20-21
• 2.5 自由液面处理方法21
• 2.6 本章小结21-23
• 第3章 欠驱动水下航行器近水面直航、斜航运动数值模拟计算23-43
• 3.1 引言23
• 3.2 计算模型及网格划分23-26
• 3.3 直航运动数值模拟计算26-35
• 3.3.1 不同潜深下的阻力计算27-30
• 3.3.2 阻力增加幅度和增加原因30-33
• 3.3.3 自由液面模拟33
• 3.3.4 垂向力计算33-34
• 3.3.5 纵倾力矩计算34-35
• 3.4 斜航运动数值模拟计算35-42
• 3.4.1 计算模型及网格划分35-36
• 3.4.2 水平面运动数值模拟计算36-38
• 3.4.3 垂直面运动数值模拟计算38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 欠驱动水下航行器水动力系数数值模拟计算43-73
• 4.1 引言43
• 4.2 水下航行器六自由度运动规律43-47
• 4.3 计算模型及网格划分47-48
• 4.4 数值模拟计算及分析48-71
• 4.4.1 纯横荡运动51-56
• 4.4.2 纯升沉运动56-61
• 4.4.3 纯艏摇运动61-66
• 4.4.4 纯俯仰运动66-71
• 4.5 本章小结71-73
• 第5章 线型对水下航行器水动力性能的影响73-81
• 5.1 引言73
• 5.2 不同线型的欠驱动水下航行器73-79
• 5.2.1 三维模型设计方案73-74
• 5.2.2 计算模型及网格划分74-75
• 5.2.3 流场的描述75-78
• 5.2.4 数值模拟计算及结果分析78-79
• 5.3 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-85
• 致谢85

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