基于SMA驱动的水下仿生航行体技术

鱼类游动具有低阻高效、高机动性等特点,对鱼类的仿生学研究将为新型水下航行体的设计研制提供重要借鉴与启迪.本文综述了鱼类游动机理的研究成果,总结了国内外在水下仿生航行体方面的研究进展,分析了SMA材料性质及应用现状,提出了一种基于SMA驱动的仿鲹科鱼类波动推进的水下仿生航行体原理构型方案,可作为下一步详细设计的基础.     

一种仿生水下机器人的研究进展

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一.本文介绍了哈尔滨工程大学研制的"仿生-Ⅰ"号水下机器人.该机器人以蓝鳍金枪鱼为模本,长2.4m,前体固定,后体(约1/3体长)为具有3个节点的摆动装置,采用月牙形尾鳍.水动力计算和水池实验表明,仿鱼推进和操纵方式比传统的桨舵具有高效性和高机动性.     

仿胸鳍/尾鳍推进水下航行器方案设计与模型试验

针对小型水下航行器开展了系统方案设计,系统主要包括中央主体模块、胸鳍模块、尾部推进模块及控制模块。选用可编程序控制器(PLC)实施运动控制,完成了模型制作,编写了控制程序,并进行了初步的模型试验,探讨了仿生水下航行器运动的基本性能。     

自主航行模式下二维摆动尾鳍的推进性能研究

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,利用计算流体动力学软件Fluent对自主推进尾鳍的水动力特性进行数值模拟,分析了尾鳍在静水中作纵摇以及自主航行运动时的流场结构及水动力性能,建立了尾鳍摆动自主推进数值计算模型,研究了不同运动参数对尾鳍流场结构及水动性能的影响,确定了自主推进模式下的尾鳍运动速度,结果表明,随着尾鳍摆动频率的增加,尾鳍能够获得更大的推进和前进速度;通过对比尾鳍在约束模式和自主航行模式下的尾涡流场结构及演变过程,探讨了尾鳍惯性对其推进性能的影响.计算结果与文献模型实验具有良好的一致性.     

二维波状摆动式鱼类自主航行推进性能研究

利用计算流体动力学软件Fluent对二维波状摆动式鱼类自主航行的水动力特性进行了数值模拟.在给定鱼体波动变形方程的基础上,编制实时计算鱼体不同波动参数下鱼体航行速度的程序模块,建立了波状摆动式鱼类自主航行的数值计算模型.研究了不同运动参数下的水动力性能、流场结构及航行速度,结果表明,随着摆动频率及波长的增加,鱼类能够获得更大的推力及自主航行速度.     

小型水下航行体动力系统测试技术应用研究

本文结合小型水下航行体动力电池组和推进电机组测试的要求,对小型水下航行体电动力系统的测试技术进行了探讨.通过对电动力系统测试的技术,进而发展至与其他各系统仿真设备间的有机融合,实现在陆上进行小型水下航行体全产品测试,进而对故障的准确诊断,保证产品试验验证的充分性和有效性.     

水下火箭的推进原理和应用

水下火箭的推进原理为军用水下航行体（如导弹）的应用提供了极具吸引力的技术，因为在这种情况下，牢固性、调制性、可靠性和耐用性的要求都是相当严格的。火箭发动机不仅能用于各种水下导弹的发射、助推和主发动机工作阶段，而且还是满足特殊推进要求的一种可行的选择办法。本文给出了水下火箭发动机的设计实例和点火试验结果，还提供了包括固体火箭和水下冲击式喷气发动机在内的水下火箭的设计理论数据。火箭发动机工人时产生的水下噪声问题以及对声纳工作的干扰程度问题，在本文中也有所提及。     

新型爪式水泵应用于水下航行器喷水推进上的性能分析

为研究新型爪式水泵应用在水下航行器喷水推进上的性能,对该新型爪式水泵的流场特性、不同转动角度下内泄对扬程的影响等性能进行分析。建立水泵喷水推进数学模型,并进行推力模拟试验及其影响因素分析。结果表明:新型爪式水泵在角度0°时的泄漏量最低,在角度40°时的泄漏量最高,在不同尺寸间隙下,随着角度改变,泄漏量变化趋势一致,而随着间隙的增大,内泄量增多。推力随喷嘴尺寸变化的试验结果与理论模型预测值的变化趋势一致,推力与喷嘴直径呈负相关关系。随着航行器航行速度的增加,喷水速度增大,且增大的幅度会比航行器航行速度的增加量大。     

波状摆动式鱼类的推进性能研究

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,利用计算流体动力学软件Fluent对波状摆动式鱼类进行了数值模拟,建立波状摆动式鱼类的数值计算模型,研究不同变形参数对鱼类推进性能以及尾涡流场结构的影响。结果表明,随着波长的增加,鱼类能够获得更好的推进性能。通过对比不同频率下鱼类推进性能以及流场结构,探讨不同滑移率及斯特劳哈尔数对推进性能影响。     

粘性流场中吊舱推进器水动力性能数值研究

应用滑移网格技术对粘性流场中吊舱推进器的水动力性能进行了数值模拟,成功预报了吊舱推进器在粘性流场中的敞水性能,和试验结果相比,推力系数最大偏差为2.9%,扭矩系数最大偏差为0.8%。考察了吊舱推进器各部件及周围的流动特征,包括压力分布、速度矢量分布、流线及涡的形态等,为吊舱推进器各部件的优化设计以及吊舱推进器在工程上的应用提供了详细的流场信息。     

钢丝绳隔振器用于船舶主机隔振

船舶主机隔振通常使用橡胶隔振器，而钢丝绳隔振器用于主机隔振，目前国外尚无报道。现研究用钢丝绳隔振器解决16PA6STC柴油机主机的隔振问题。柴油机重量大，安装尺寸有限，目前单个钢丝绳隔振器的承载能力有限，因此提出了钢丝绳隔振单元的概念，即是将三个已成熟的HGGS—1200型钢丝绳隔振器组合成一个隔振单元，整机用10个单元，避兔了研制承载能力更大的新型钢丝绳隔振器的风险。用功率流方法对隔振装置的性能进行了理论评估，并进行了试验研究。结果表明：在潮试阻抗的有效频率范围内，功率流传递率估算与实测的振级落差总的趋势一致，说明功率流估算对设计有指导意义；另外，基础的弹性对隔振单元隔振效率的消弱作用非常显著，应尽量加大基础刚度。研究结果表明钢丝绳隔振器用于船舶主机隔振可行。     

船舶电力推进用双馈感应电机的调速范围研究

本文首先根据双馈电机的等效电路推导出转子电流、电压、功率表达式,然后讨论双馈电机在带螺旋桨负载和恒功率负载情况下的转子电流、电压、视在功率与转差率及定子无功功率之间的关系曲线。通过理论计算、仿真分析,得出双馈电机带螺旋桨负载时,在宽调速范围内实现经济调速,需要把双馈电机的同步速定在调速范围的最大值。     

模糊神经网络在船舶电力推进系统状态评估中的应用

船舶电力推进系统状态评估是状态检修的前提和基础,建立科学、全面、合理的评估指标体系,选择合适的评估方法,并最终开发切实可行的状态评估系统是船舶电力推进系统状态评估的必要步骤。提出船舶电力推进系统状态评估的流程、基于模糊神经网络的船舶电力推进系统状态评估模型和具体评估步骤,结合船舶电力推进系统的实船运行数据进行状态评估模型仿真试验。仿真试验结果表明,模糊神经网络方法应用于船舶电力推进系统的状态评估具有一定的准确性。     

基于FORAN的船体结构底层数据结构分析

随着三维设计系统应用的深入,基于其底层数据,尤其是结构数据进行二次开发的需求逐渐增多。针对主流的船舶设计系统FORAN,首先对其船体专业模块之间的关系及FHULL船体结构模块建模方式进行分析,明确底层数据研究的对象,也就是模型的各种重要属性。然后,通过模型分析及数据库监控等方法,确定与结构模型密切相关的数据表,进而对这些表的内容、差异性以及关联关系进行详细分析。最后,根据对表的分析结果,结合模型材料属性的解析给出其应用方法。对船体结构底层数据的研究结果,既可用于模型各种属性的解析及其深度利用,又可用于对FHULL模块异常错误的底层处理等方面。     

水下结构声辐射时域数值分析法研究

采用有限元和无限元相结合的方法,对水下加筋圆柱壳结构的声辐射进行了数值计算.首先利用ANSYS软件建立声振模型,并在时域内计算流固耦合振动,给出可用于声学分析的数据文件;再利用SYSNOISE软件采用无限元法在时域内计算辐射声场,并将计算结果与实验值进行了对比.结果表明,提出的在时域内进行水下结构声辐射的计算是切实可行的,为水下结构声辐射仿真研究提供了新的方法.     

水下结构声辐射时域数值分析法研究

采用有限元和无限元相结合的方法，对水下加筋圆柱壳结构的声辐射进行了数值计算。首先利用ANSYS软件建立声振模型，并在时域内计算流固耦合振动，给出可用于声学分析的数据文件；再利用SYSNOISE软件采用无限元法在时域内计算辐射声场，并将计算结果与实验值进行了对比。结果表明，提出的在时域内进行水下结构声辐射的计算是切实可行的，为水下结构声辐射仿真研究提供了新的方法。     

水下爆炸气泡作用下船体总纵强度估算方法

水下爆炸中的气泡脉动载荷会造成舰船的鞭状运动,对其总纵强度产生很大威胁,是战争中造成船体总体毁伤与丧失生命力的主要原因之一。基于势流理论,推导并建立船体梁气泡弯矩的理论与计算方法,同时综合考虑气泡弯矩、船体静水弯矩、波浪弯矩及砰击弯矩等其他影响因素,建立一套完整的气泡作用下船体梁总纵强度估算方法。通过算例,校核典型工况下多种弯矩同时作用时船体梁的总纵强度。计算结果表明,气泡脉动载荷产生的总纵弯矩具有周期性鞭振特性,且数值大于其他弯矩。在评估舰船总纵强度与生命力时,应充分考虑气泡脉动载荷的影响。     

Flow Past an Accumulator Unit of an Underwater Energy Storage System:Three Touching Balloons in a Floral Configuration

An LES simulation of flow over an accumulator unit of an underwater compressed air energy storage facility was conducted. The accumulator unit consists of three touching underwater balloons arranged in a floral configuration. The structure of the flow was examined via three dimensional iso surfaces of the Q criterion. Vortical cores were observed on the leeward surface of the balloons. The swirling tube flows generated by these vortical cores were depicted through three dimensional path lines. The flow dynamics were visualized via time series snapshots of two dimensional vorticity contours perpendicular to the flow direction; revealing the turbulent swinging motions of the aforementioned shedding-swirling tube flows. The time history of the hydrodynamic loading was presented in terms of lift and drag coefficients. Drag coefficient of each individual balloon in the floral configuration was smaller than that of a single balloon. It was found that the total drag coefficient of the floral unit of three touching balloons, i.e. summation of the drag coefficients of the balloons, is not too much larger than that of a single balloon whereas it provides three times the storage capacity. In addition to its practical significance in designing appropriate foundation and supports, the instantaneous hydrodynamic loading was used to determine the frequency of the turbulent swirling-swinging motions of the shedding vortex tubes; the Strouhal number was found to be larger than that of a single sphere at the same Reynolds number.