翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析

为了提高水下滑翔机的水动力性能,本文将航空航天领域先进的翼身融合布局引入到水下滑翔机外形设计中,并对其水动力性能进行研究与分析。首先,对比3种具有代表性的水下滑翔机常用壳体形状的几何参数,选用扁平椭球体作为翼身融合水下滑翔机壳体的基本形状;在此基础上,设计出翼身融合水下滑翔机的三维模型;最后,采用计算流体力学(CFD)的方法对翼身融合水下滑翔机进行仿真模拟并分析其水动力性能,结果表明,采用翼身融合布局的水下滑翔机,其水动力性能得到显著提高。     

翼身融合水下滑翔机水动力及外形优化设计

为提高水下滑翔机的滑翔性能,引入航空领域的翼身融合布局,设计一款翼身融合水下滑 翔机.该滑翔机以类椭圆结构作为主体平面外形,剖面采用NACA0012高升力翼型.基于黏性流体计算软件FINE/Marine对该翼身融合水下滑翔机的初始外形进行数值模拟,论证该滑翔机构型具有优异的水动力性能.采用CAESES软件对翼身融合水下滑翔机进行全参数化建模,并以升阻比为优化目标,兼顾内部容积的需求.提出组合算法优化策略,设计2套算法组合的方案,并对其进行优化.优化结果表明,Sobol算法与NSGA-Ⅱ算法的组合更具优势,优化后的翼身融合滑翔机的水动力性能更优越,最大升阻比提升了 15.3％,阻力系数降低了 6.5％,升力系数提升了 7.8％,水动力综合加权值提高了15.39％,舱容提升了 18.35％,滑翔机的滑翔稳定性得到了提高.该组合优化方案为水下滑翔机的优化设计提供了新的思路.     

翼身融合水下滑翔机总体设计及性能分析

为了提高水下滑翔机的滑翔效率,本文提出一种翼身融合水下滑翔机.采用融合式的翼梢小翼,减弱翼梢效应;针对高升阻比的设计指标,将升降翼、襟翼特征引入滑翔机设计中,并定量给定各机构的指标参数量值;针对水下滑翔机的设计指标,完成翼身融合水下滑翔机的总体设计;基于模块化设计思想,对水下滑翔机的功能模块分舱独立设计,提高水下滑翔机...     

翼身融合水下滑翔机运动仿真分析

针对回转体形状的水下滑翔机浅海水域滑翔能力弱的问题,以翼身融合水下滑翔机为研究对象,对其进行垂直面动力学模型的建立,并采用MATLAB/Simulink搭建运动模型仿真系统进行开环运动响应研究,分析执行机构的调节速度、浮力调节机构布局方式对水下滑翔机运动性能的影响,得到有利于浅海水域滑翔作业的解决方案;研究水下滑翔机系统输入对运动响应参数的影响程度和定量关系,分析水下滑翔机翼身融合水下滑翔机滑翔比与运动角度关系,得到小角度滑翔可充分利用大滑翔比优势适应浅海水域滑翔作业的结论。     

基于滑移网格的翼身融合水下滑翔机水动力性能研究

提高升阻比是实现水下滑翔机低功耗和远距离航行的重要手段之一。借鉴航空领域翼身融合布局具有的高升阻比特性，本文将其应用于水下滑翔机设计过程，并开展基于滑移网格的翼身融合布局水下滑翔机（blended-wing-body underwater glider,BWBUG)水动力性能研究。首先，开展约束模式下的数值仿真，并定量给出各水动力参数随攻角的变化规律，确定该水下滑翔机的最优航行攻角，探明最优攻角下BWBUG压力分布规律。然后，从压力分布、流线分布及升力分布规律三个角度，阐明翼身融合构型能够提升升阻比的原因。在研究过程中发现：翼稍涡存在会导致翼稍处压力骤变严重、流线紊乱形成涡流，阻碍BWBUG升阻比的提升。这也从侧面论证了BWBUG加装翼稍小翼的必要性。本文的研究可以为后期BWBUG的结构改进及外形优化提供参考。     

基于响应面法的水下滑翔机联翼布局优化设计

为分析水下滑翔机联翼布局对水动力性能的影响,提出一种联翼布局的外形参数化方法,选取几何展弦比为6的联翼式水下滑翔机为初始构型,采用单因素法对各参数对滑翔机水动力性能的影响进行分析,并采用响应面设计中的效应面法（Box-Behnken Design, BBD）对滑翔机的联翼布局进行优化设计。结果表明：相比于初始构型,响应面法优化后的构型在保证稳定性的基础上将升阻比有效提升了8.19%。研究成果可为水下滑翔机联翼布局设计提供一定参考。     

外形参数对翼身融合水下滑翔机的高升阻比特性影响研究

针对翼身融合水下滑翔机,分析了各种外形参数对其升阻比的影响大小排列,以提高外形设计效率.首先,基于势流理论和粘性修正,提出一种可实现翼身融合水下滑翔机外形参数大变形情况下的升阻比快速计算方法;然后,采用最优拉丁超立方设计进行外形参数的高效均匀采样,并建立多元二次回归模型对样本数据进行最小二乘拟合;最后,根据归一化的回归模型系数,得到不同外形参数对升阻比的影响率大小排列.结果表明,扭转角、攻角及两者的耦合参数对升阻比的影响显著,在翼身融合水下滑翔机外形设计时应优先调整.     

基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模

外形参数化是水下滑翔机外形优化设计的重要内容,针对现有几何参数化方法在翼身融合水下滑翔机外形参数化中存在的问题,本文提出一种基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模方法。该方法首先基于B样条方法,建立翼身融合水下滑翔机外形的FFD参数化模型,实现滑翔机外形的自由变形;然后在此基础上,针对FFD参数化方法优化变量多的缺点,提出一种翼身融合水下滑翔机外形的轴变形参数化方法,对FFD控制体进行间接变形操纵,减少优化变量的数目;最后通过实例对所提方法的有效性进行了验证。     

基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模

外形参数化是水下滑翔机外形优化设计的重要内容,针对现有几何参数化方法在翼身融合水下滑翔机外形参数化中存在的问题,本文提出一种基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模方法。该方法首先基于B样条方法,建立翼身融合水下滑翔机外形的FFD参数化模型,实现滑翔机外形的自由变形;然后在此基础上,针对FFD参数化方法优化变量多的缺点,提出一种翼身融合水下滑翔机外形的轴变形参数化方法,对FFD控制体进行间接变形操纵,减少优化变量的数目;最后通过实例对所提方法的有效性进行了验证。     

翼身融合水下滑翔机外形的精细参数化建模

针对翼身融合水下滑翔机外形的精细化参数化建模需求,提出了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模方法。该方法首先采用最小二乘法对各个翼型剖面的型值点进行拟合,将各个翼型剖面的控制点作为参数化变量;然后利用偏移、比例、旋转、位置等参数化变量对各个翼型剖面的控制点进行操控,并使用NURBS曲面方程进行几何描述,实现翼身融合水下滑翔机外形的精细参数化建模。最终,通过实例分析证明了该方法的有效性。     

水下滑翔机外形设计与水动力计算

水下滑翔机是一种不依靠外部推进装置的水下自主航行器,它通过改变净浮力和浮心位置进行运动,因此要求其具有优良的水动力性能.本文介绍实验室所研制的水下滑翔机的外形设计,对水下滑翔机斜航运动与定常回转运动水动力进行数值计算,并实施拖曳试验,其计算结果与试验结果吻合较好.同时,在湖泊试验中水下滑翔机相继完成了多组锯齿运动和螺旋下潜运动,进一步验证水动力计算结果的准确性,满足工程应用的要求,其结果对水下滑翔机的设计具有一定的指导和借鉴意义.     

水下滑翔机滑翔运动的能量分析及水动力性能研究

水下滑翔机是一种新型水下无人潜航器,它通过改变自身的浮力在海中前进,续航时间可长达数月或一年.文中对水下滑翔机滑翔运动过程中的能量变化进行了分析,建立了上浮和下潜运动数学模型,通过数值计算方法对水下滑翔机不同速度和攻角下的水动力进行了计算和分析,可为水下滑翔机总体设计与运动控制提供参考.     

一种高容积阻力比水下热滑翔机壳体外形设计

海洋温跃层的温差小,可利用的温差能的能量品质低,水下热滑翔机的热机效率较低,因此需要寻找最低阻力特性的热滑翔机壳体外形。利用水动力数值计算方法,分析了水下热滑翔机4种壳体外形的阻力成因和各自的优缺点,并采用2种不同的求解器对4种壳体外形阻力进行数值计算,不同求解器的计算结果最大偏差小于5%。提出了一个"容积阻力比"的无量纲系数,以此作为评判水下热滑翔机壳体外形综合性能的指标;将纺锤体外形与椭球体首尾外形的优点相结合,提出了水下热滑翔机的新型壳体外形。相比先前讨论的4种壳体外形,该外形具有最大的容积阻力比系数,表明该外形设计在水下热滑翔机的低阻特性与装载能力2种性能之间取得了较好的平衡和兼容。     

水下滑翔机水动力外形研究综述

水下滑翔机是一种将传统的浮标技术与水下机器人技术相结合而研制成的新型自治水下机器人,具有作业时间长、航行距离大、建造和使用成本低等优点。水下滑翔机主要用于海洋环境长时间、大范围的实时监测,因此要求其具有优良的水动力性能。文章简要回顾了水下滑翔机的发展历程,重点介绍了其水动力外形方面的研究进展,并简要介绍了混合驱动和飞翼等概念在水下滑翔机上的应用研究,最后对水下滑翔机未来的发展趋势进行了展望。     

仿蟹滑翔机器人水动力外形优化设计

针对一种新型仿蟹滑翔机器人,以提高其升阻比为目标开展外形优化设计研究。对数值方法进行标定,利用计算流体力学(CFD)软件Fine Marine开展仿蟹滑翔机器人初始外形水动力性能计算,给出其阻力和升力曲线;利用CAESES软件对仿蟹滑翔机器人外形进行参数化建模;基于第二代遗传算法开展仿蟹滑翔机器人外形优化计算。结果表明,相比原设计方案,优化后的仿蟹滑翔机器人外形的上浮状态和下潜状态升阻比分别提高了9.46%和7.18%,内部空间体积提升了20.41%。     

浮力驱动式水下滑翔机姿态调节机构研究

浮力驱动式水下滑翔机对我国海洋勘探和国防建设有着重要的应用前景。本文介绍了水下滑翔机的工作机理,对某一滑翔机,重点设计了实现姿态调整的横滚控制组件和俯仰控制组件,同时提出总体布局的原则,并给出了滑翔机总体结构布局方案。对所设计的滑翔机的总体衡重参数和流体动力参数进行了计算,初步验证了总体设计方案的可行性,可以满足设计指标要求。     

基于势流的水下滑翔机的飞行模拟器(英文)

Underwater gliders are recent innovative types of autonomous underwater vehicles (AUVs) used in ocean exploration and observation. They adjust their buoyancy to dive and to return to the ocean surface. During the change of altitude, they use the hydrodynamic forces developed by their wings to move forward. Their flights are controlled by changing the position of their centers of gravity and their buoyancy to adjust their trim and heel angles. For better flight control, the understanding of the hydrodynamic behavior and the flight mechanics of the underwater glider is necessary. A 6-DOF motion simulator is coupled with an unsteady potential flow model for this purpose. In some specific cases, the numerical study demonstrates that an inappropriate stabilizer dimension can cause counter-steering behavior. The simulator can be used to improve the automatic flight control. It can also be used for the hydrodynamic design optimization of the devices.     

层间水对水下双层结构撞击历程的影响分析

双层壳体结构是潜艇等大型水下结构的重要结构形式,潜艇结构的水下碰撞是潜艇的主要事故形式,然而,针对双层壳体的潜艇结构水下碰撞问题的研究工作目前却极为有限.文中首先提出潜艇碰撞问题,并对其碰撞特征进行分析,然后针对潜艇水下碰撞环境下,层间水对碰撞历程的影响和双层结构的碰撞特点进行了理论分析,在数值仿真计算的基础上,着重讨论了双层板结构在碰撞过程中,层间水对撞击速度、碰撞力以及双层板吸能特性的影响,分析结果显示,层间水对双层壳板撞击历程的影响主要体现在两方面:一是接触初始阶段,耐压壳板将由于层间水的存在,与非耐压壳板组成抗冲击弹簧体系参与抗冲击作用,吸收冲击能量,这对于双层壳板的防撞性能是有利的;二是非耐压壳板穿透后,层间水的影响主要体现为水对耐压壳板的粘附作用,耐压壳板的抗撞能力显著下降.