基于SolidWorks的AUV耐压舱体设计与校核

自主式水下航行器的耐压和密封是非常关键的两方面,基于SolidWorks软件对324型AUV耐压舱体进行了设计与仿真校核。综合考虑薄膜理论和不连续效应,根据NSGA-Ⅱ算法实现多目标优化,确定出直舱和封头的基本尺寸,利用美国海军试验水槽公式和稳定条件进行初步验证,以保证强度和稳定性。根据得出的几何尺寸在SolidWorks里完成三维建模,并在Simulation模块中完成数值模拟仿真,最终对舱体进行实际耐压试验,将结果和理论计算、软件仿真进行对比。针对直舱段舱体不同尺寸和材料进行了三维建模和数值仿真,得出相应结论。     

GPS天线线型对AUV阻力和尾流场的影响

靠近艉部的GPS天线线型对AUV的阻力以及桨盘面处的伴流品质有直接影响。高品质的伴流场能有效地降低噪声并提高水动力性能。为了获得最优的GPS天线线型,以某自主式水下机器人(AUV)为母型,采用ICEM-CFD、Fluent等CFD软件,结合RANS方法和SSTκ-ω模型对搭载不同线型GPS天线的AUV进行数值计算。研究结果表明GPS天线设计前倾角可以有效降低天线的阻力,从而降低AUV受到的整体阻力。具有一定前倾角和尾端曲线的GPS天线有利于改善AUV尾部伴流特性,减小桨盘面伴流速度的不均匀度。     

B型图谱桨参数化建模与水动力分析

螺旋桨是水下设备推进系统中的核心零件，图谱桨是螺旋桨中的一种，其下又细分为B型、Ka型、AU型、MAU型等。其中，B型图谱桨的桨叶截面形状为翼型，相对其它桨型效率较高。在对经典的图谱和B型图谱桨参数研究比较之后，基于PropCad对B型图谱桨进行了优化设计，导入SolidWorks生成三维模型实现了参数化建模，模型是盘面比为35%的三叶B型图谱桨。通过ICEM CFD对三维模型进行了网格划分,网格分为流动域、旋转域两部分。在Fluent中利用MRF模型进行数值仿真计算，模型设置为RNG k-epsilon模型，将仿真计算的结果与螺旋桨水下实际应用效果进行了对比。仿真结果和实际效果一致，证明了此建模方法的准确性、可靠性，同时也证明了此螺旋桨实际应用时水动力性能优越。     

基于响应面法的螺旋桨多目标优化

为了探究影响螺旋桨水动力性能的因素，基于FLUENT软件和CFD滑移网格技术对标准桨DTMB 4119进行模拟，验证该方法的可靠性；应用该方法对不同螺距比、盘面比和纵倾角的Wageningen B型螺旋桨进行数值模拟，得到这3个因素对螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的影响规律；基于Box-Behnken方法设计三因素三水平试验组，采用响应面法建立三因素与目标函数的优化数学模型，得到三因素对螺旋桨水动力性能的耦合影响。结果表明，影响推力系数和扭矩系数的因素按影响大小排序为螺距比>盘面比>纵倾角。同时，在现有电机功率限制条件下，优化得到产生最大推力的螺旋桨参数。     

鲆鲽鱼型双驱动仿生机器鱼水动力研究

为了分析仿生机器鱼的推进模式并预测水下推进性能，对其水动力特性开展研究。基于鲆鲽鱼型双驱动仿生机器鱼和波动推进理论，研究入流速度和波动频率对自推进性能的影响。对胸鳍在不同攻角下的升阻比进行数值计算，最佳攻角为20°。通过研究掌握了影响运动性能的主要因素，确定了计算自推进速度的数值方法，改进了机器鱼波动推进模型。研究结果显示，尾部波动频率是最关键参数，对仿生机器鱼的推力和启动响应速度有直接影响。