波能推进型无人艇的纵向运动性能研究

发布时间：2017-11-17 20:06

  本文关键词：波能推进型无人艇的纵向运动性能研究

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【摘要】：本文研究的波能推进型双体艇为广东省科技厅“远程无人艇”项目的一部分。利用波能推进器提供远程无人艇前进的动力,该无人艇能搭载海洋观测设备,用于海洋环境监测。将水翼装置安装在无人双体艇上,在波浪作用下无人艇将发生垂荡和纵摇运动,固定在双体艇底部一定深度处的水翼跟随艇体作摇荡运动以产生推力,即将艇体运动的一部分动能转换成推力,使无人艇实现自主航行。本文首先利用基于势流理论的AQWA软件和基于粘性流理论的FLUENT软件分析无水翼之艇体在遭遇规则迎浪时的运动响应幅值,由于流体粘性对垂荡和纵摇运动的影响较小,因此两者结果吻合良好。与FLUENT软件相比,虽然AQWA计算速度极快,但基于势流理论的AQWA无法模拟摇荡水翼产生升力及推(阻)力的现象。在双体艇上加装水翼后,可以使双体艇实现自主航行,称之为波能推进型无人双体艇。然后模拟了二维水翼的水动力性能,并与参考文献和实验所得的结果进行了比较,以验证本文数值模拟计算结果的正确性。在此基础上分别分析了水翼在静水中和波浪中作摇荡运动时的推进性能。当水翼在静水中作摇荡运动,且纵摇和垂荡间相位差为90o时,在斯特罗哈尔数相同时,随着纵摇幅值的增大推力系数先增大后减小,而当纵摇幅值和相位差相同时,斯特罗哈尔数越大,推力系数越大。当水翼在波浪中作摇荡运动,纵摇与波浪相位差为0o时,随着纵摇垂荡相位差的增长,推力系数先增大再减小后增大。还模拟计算了设置在无人艇上的水翼在波浪中作摇荡运动时的推进性能。数值模拟结果表明,水翼纵摇和垂荡运动间的相位差变化对水翼推力性能产生显著影响,且具有一定规律性。通过主动控制水翼的纵摇运动相位差,可得到较大的推力。而水翼垂荡运动与其转轴处波面位移之相位差对推力性能也产生显著的影响。最后,利用FLUENT软件计算波能推进艇以一定速度航行时的垂荡和纵摇运动,水平力和垂向力,并将它与原双体艇艇体的运动性能进行了比较。发现加装水翼后双体艇在波长船长比小于2.5的区间内垂荡和纵摇的幅值明显减小。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.91;U661.3

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