仿生翼水下航行器直航运动时水动力性能分析

发布时间：2021-07-16 16:41

　　在仿生翼水下航行器设计阶段,针对如何在主尺度和巡航速度确定的前提下得到直航阻力最小的尾翼形状这一问题,对仿生翼水下航行器直航运动时的水动力性能进行了分析。仿生翼水下航行器主体采用回转体结构,中段为平行结构,艏艉部为Myring型。采用三维结构化网格形式,基于五种湍流模型,对仿生翼水下航行器进行仿真,得到不同航速下仿生翼水下航行器直航阻力与表面流场的变化规律,并与平板翼进行对比。通过分析验证了仿生翼水下航行器相比平板翼水下航行器,具有更优的水动力性能,为水下航行器设计阶段的阻力性能预测和尾翼优化提供了参考。 

【文章来源】：机械制造. 2020,58(08)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

海豚尾鳍

对仿生翼进行设计时，根据设计目标确定仿生翼形状，并利用计算机辅助设计软件绘制尾翼平面布局，确定仿生翼、平板翼剖面翼型，控制单一变量尾翼形状，利用Solid Works软件绘制具有仿生翼和平板翼的水下航行器。根据水下航行器的外形尺寸及设计工况，结合相关案例确定流场区域的体积尺寸，利用ICEM前处理软件进行结构化网格划分，采用三种不同的网格密度，进行网格无关性测试，从而选取合适的网格密度，对两种具有不同形式尾翼的水下航行器进行水动力计算。根据实际海况确定模拟的初始条件，分别在五种速度工况下利用Fluent软件计算两种不同形式尾翼水下航行器的水动力性能。根据仿真结果对两种形式尾翼的水下航行器进行对比，如果仿生翼水下航行器的水动力性能优于平板翼水下航行器，那么完成仿生翼的外形设计;如果结果相反，那么对仿生翼进行优化改进，直至满足要求为止[6]。仿生翼的设计流程如图2所示。4 水下航行器物理模型

网格划分是仿真的第一步，网格质量的好坏直接影响仿真结果的准确性。笔者采用结构化网格划分，结构化网格可以更加方便地调节网格精度。对于处理边界层问题，结构化网格相比非结构化网格，仿真计算结果具有更高的准确度和可信度。因为水下航行器模型为对称结构，所以在划分网格时对模型进行简化，只取整体结构的1/4，并且保证流场区域、水下航行器各部分结构都包含其中。待计算完成后，将结果对称整合处理，这样既不影响计算结果的准确度，又可以提高计算效率，是对称图形常规简化处理方式的一种。在对流场区域进行网格划分时，流场区域可采用稀疏网格。在对水下航行器进行网格划分时，应对水下航行器表面进行网格加密处理，这样既可以保证网格数量，提高计算精度，又可以减小工作站内存占用空间，缩短计算时间，提高算例的计算效率[10]。水下航行器模型网格划分如图4所示。5.2 网格无关性测试

【参考文献】：
期刊论文
[1]新型仿生波浪滑翔器水翼设计与水动性能研究[J]. 吴俊飞,杜照鹏,熊学军.  机械制造. 2017(08)
[2]水下自航行器外形及水动力性能优化[J]. 薛侠峰,严天宏.  计算机测量与控制. 2016(03)
[3]无人水下航行器阻力性能分析[J]. 步林鑫,舒雅,顾鑫.  中国水运(下半月). 2015(12)
[4]Myring型回转体直航阻力计算及艇型优化[J]. 庞永杰,王亚兴,杨卓懿,高婷.  哈尔滨工程大学学报. 2014(09)
[5]机器海豚的运动学及动力学建模和仿真[J]. 郭志,姜世平,孙晖东.  舰船科学技术. 2009(01)
[6]具有不同尾翼形式潜艇的阻力数值模拟与分析[J]. 杨培青,管义锋.  江苏科技大学学报(自然科学版). 2007(03)

硕士论文
[1]水下自航行器外形优化设计与水动力性能分析[D]. 马德飞.中国计量大学 2016
[2]水下航行器动力学仿真[D]. 侯大力.山东大学 2014
[3]水下航行器主体外形低阻低噪综合优化设计[D]. 秦丽萍.西北工业大学 2004



本文编号：3287370