跨介质航行器波浪环境入水流场演变和运动特性研究

发布时间：2021-03-03 02:53

　　跨介质航行器是一种既可以在空中飞行又可以在水下潜航的新概念航行器,基于仿生学原理,提出一种通过改变外形实现水空介质跨越的航行器模型,通过入水试验装置和计算流体动力学方法,对航行器带攻角从空气到水的介质跨越过程进行了试验和数值仿真研究,得到了跨介质入水过程航行器的运动姿态和入水空泡形态,并通过数值仿真得到了航行器的升力、阻力、速度和加速度演化规律。同时基于数值模拟方法对有波浪情况和静水情况下航行器入水过程空泡演变以及运动特性进行对比。结果表明:提出的航行器构型在水中具有较好的姿态调整能力,波浪的有无和波高的不同都会对航行体入水运动特性造成影响。 

【文章来源】：宇航总体技术. 2020,4(03)

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

航行器示意图

试验装置主要由水箱、支撑架、灯光系统、高速摄像机和计算机组成,其示意图如图2(a)所示。水箱使用钢化有机玻璃制成,长、宽、高分别为1.5,0.8,1.2 m,试验水深为0.7 m;支撑架置于水箱底部,达到支撑和方便移动的目的;灯光系统选用两个Starison CE-1500Ws透射式聚光灯;高速摄像机型号为Phantom v12.1,试验过程采用1280 ×800的分辨率,3000 帧/s的拍摄帧率,通过计算机进行照片采集和处理。航行器模型如图2(b)所示,试验和数值计算均采用右侧变形后航行器模型。1.2 数值计算模型

本文采用网格质量较好的切割体网格生成器,加以表面重构提高网格的质量,在航行器壁面设置棱柱层网格生成器。为保证数值计算的质量,在航行器路径、水面以及水面下部分范围内进行网格加密。采用重叠网格技术对航行器的运动过程进行建模,重叠网格就是嵌套于流体域网格中、随物体运动的网格,具有网格易生成、质量好的特点。重叠网格通过搜索指定区域,进行网格划分;在物体运动过程中的每个时间步都需要将重叠区域从流体域内逐步剔除重新定位,以此来模拟航行器入水过程;重叠网格之间通过数据的插值进行信息传递。网格划分时保持航行器重叠区域水平,网格生成后对重叠区域旋转平移到指定工况,局部网格划分如图3所示,最小网格尺寸为1.25 mm。航行器模型由3D打印制成,表1给出了入水变形后航行器的尺寸等参数。

【参考文献】：
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本文编号：3060451