开架式水下机器人操纵性水动力系数计算

发布时间：2021-03-02 16:09

　　开架式水下机器人结构复杂,其操纵性水动力学模型具有高度非线性且是耦合的,航行性能也因结构多样而不相同。为完成清污水下机器人的推进器布置方案,基于零航速展开的二阶水动力模型,采用Fluent数值仿真方法模拟机器人的直航、斜航和定轴回转运动,并通过AQWA获得水下机器人的附加质量矩阵。根据获得的水动力情况配置ROV推进系统,通过最小二乘法拟合获得清污水下机器人的各项水动力系数。 

【文章来源】：广东造船. 2020,39(01)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

AQWA网格划分

对水下机器人进行粘性水动力计算前,先进行网格无关性检验。网格无关性检验取航速0.8 m/s直航运动作为算例,分别以170万、270万、369万及650万网格进行计算。计算结果如图2所示。最终采用网格数369万的计算方案,对ROV的直航和斜航运动进行数值模拟,计算时ROV固定,通过设置入口来流速度改变ROV航速。因为ROV声呐信标安装位置为ROV框架中心,作用力和力矩的输出基准也设置为ROV框架中心,基准轴方向平行于全局坐标系。按照表3的计算工况,在Fluent中进行数值模拟计算。部分算例的速度云图如图3所示。

按照表3的计算工况,在Fluent中进行数值模拟计算。部分算例的速度云图如图3所示。(1)直航工况的计算结果,如图4所示。在x方向上的不对称性引起的阻力变化较小,由于机器人存在抱抓,x方向投影面积较大,并产生了极大的z轴力矩,航速为0.8 m/s时达到了229 N?m;此外,ROV框架内部设备较多布置于yz平面上且直接外露于流场中,水流在流经x方向时产生的航行阻力远大于其余方向;z轴受两侧浮力材料遮挡的影响,ROV框架内设备布置不对称对沿z方向直航阻力影响不大,但是抱臂和机械臂的存在使ROV在沿z方向直航时伴有较大的回转力矩,航行稳定性极差;在y方向,ROV存在明显的不对称性,在正方向和负方向航行时阻力幅值具有明显的差异,但是这一方向上的直航阻力仅稍大于z方向阻力,且在其余自由度上产生的阻力和力矩幅值极小。


本文编号：3059550