仿水黾高速水上运动机器人划水产生的半球涡特征及其推进特性分析

基于半球涡的理论模型考察了水黾产生的双极涡的几何特征以及动力学特征。分析表明半球涡模型关于双极涡内所含流体动量及动能的理论预测值与相应的实验测量值接近。进一步的计算揭示,同一个水黾在不同划水速度下产生的半球涡半径与水黾的第二关节的长度比值接近于常数0.85,而半球涡的移动速度与水黾速度的比值接近于常数0.056 9。基于动量定理给出了推进力的理论模型并揭示仿水黾机器人高速划水时电机所需的力矩以及功率的计算式。文中结果可用于仿水黾高速水上行走机器人的流体动力设计及动力学预测。     

仿金枪鱼水下机器人摆动-滑行游动数值研究

为探讨摆动-滑行方式的游动机理,本文基于RANS求解器和区域网格整体动态运动技术,建立了仿金枪鱼水下机器人摆动-滑行的自主游动计算模型,数值模拟其从某一速度自由加速到速度值稳定波动状态,分析了游动稳定时速度、水动力、尾涡等的变化特点,并比较了不同滑行时间的影响。计算结果表明:摆动滑行时间相同时,机器人的速度均值比正常游动下降了30%,但波动幅值为后者的3倍;水动力的大幅快速变化导致摆动阶段游动效率下降,但在滑行阶段利用了滑行惯性和尾流区的脱落涡吸收能量。随滑行比增大,游动速度均值下降,但速度功率比却逐渐上升。所计算工况下,滑行比不小于0.6时,摆动-滑行游动比正常游动更节省能量。     

滑行艇水动力计算（3）

滑行艇水动力计算的目的是估算艇的水动力阻力。滑行艇以排水状态航行时，其水阻力计算基本上与普通的排水航行船只相同。但当它起飞后滑行于水的自由表面上，仅部分艇底与水面接触，从而支承面和浸湿面积随速度增长而减少。此时，适用于排水航行船只的阻力计算方法对滑行艇已不适用。     

遗传算法在水面滑行艇尾轴架结构设计的应用

水面滑行艇可以在水面高速滑行,具有阻力小,机动性高等优点,最高航速可达80km/h,主要应用于军事领域的鱼雷艇、侦察艇等。水面滑行艇的尾轴是动力系统螺旋桨的承载结构,尾轴架的强度与生命力对水面滑行的正常运行有重要的意义。本文充分结合基于遗传学的优化算法,对水面高速滑行艇的尾轴架进行合理的优化,并利用有限元分析软件Ansys完成了尾轴架的强度仿真。仿真结构表明,基于遗传算法的滑行艇尾轴架优化效果较好。     

基于重叠网格的水陆两栖飞机静水滑行模拟

为探讨STAR-CCM+仿真软件处理水面飞行器在静水面滑行问题的可行性,采用重叠网格和欧拉VOF方法追踪气液二相交界面的动力学特性,获得相应的水动力性能,并将仿真计算结果与模型静水面滑行试验结果进行对比。结果表明,仿真结果与试验值吻合度较高,计算所捕捉到流场信息与实际试验现象呈现出了良好的一致性。从定性和定量的角度验证计算结果的可靠性,说明使用STAR-CCM+软件基于重叠网格方法进行水面飞行器静水面滑行仿真是可行的。     

欠驱动机器人控制水面航迹自适应调整数学建模

在传统的水面航迹自适应调整数学建模方法所建模型的应用中,因水面航迹跟踪误差收敛速度慢,存在响应灵敏度低的缺点,导致船舶无法快速调整至预设航迹。基于此,设计一种欠驱动机器人控制水面航迹自适应调整数学建模方法。首先,建立船舶运动坐标系,其次,建立船舶运动方程,最后,利用欠驱动机器人实现水面航迹跟踪,至此完成欠驱动机器人控制水面航迹自适应调整数学建模方法的设计。与传统的水面航迹自适应调整数学建模方法作比较,实验结果表明,利用提出的建模方法所建模型具有更高的响应灵敏度,能够使船舶快速调整至预设航迹。     

基于Fluent的无人滑行艇水动力特性研究

面对日益激烈的海上军事竞争,提高我国海军装备的技术水平有助于增强我国的海上作战能力,巩固我国海洋大国的地位。近年来,智能化和信息化技术被越来越多的应用到海上军事设备中,其中,无人滑行艇作为海上军事侦察的前沿设备成为了研究热点。本文以水面无人滑行艇为研究对象,基于Fluent水动力特性分析平台,研究了无人滑行艇的水动力特性,并进行数值模拟与仿真分析。本研究对改善水面无人滑行艇的流体动力学设计水平有一定指导意义。     

水面油膜及漂浮物回收分离装置的研制

针对水面油膜及漂浮物扩散面积大、浮层薄的特点,利用油及漂浮物与水的密度不同这一物理特性,设计一套具有良好水动力性能的水面油膜及漂浮物回收分离装置。载体平台在水面上能够抵御一定的风浪影响,快速、高效地吸收水面表层油膜及漂浮物。完成载体平台、控制系统、油膜及漂浮物回收分离系统的设计及建造,开展系统集成、调试、样机试验等工作,并验证了装置的性能。研究成果可为水面油膜及漂浮物的回收分离设备的研制和应用提供借鉴。     

滑行艇在规则波中的数值模拟

针对波浪中滑行艇水动力性能预报的不足,提出了一种基于六自由度运动模型的滑行艇水动力性能预报方法,实现其在波浪中自由运动的水动力性能预报。首先根据水波理论利用CFD技术完成了三维数值水池的造波和消波,然后以某型滑行艇为模型,将六自由度方程赋予滑行艇,实现了其在迎浪匀速航行时随波浪的自由运动,最后通过Fluent数值计算得到了其在波浪中自由运动时的阻力、升力、升沉位移、纵倾角以及兴波等流场参数。计算结果表明:利用该方法获得的某型滑行艇的流场参数较真实地反映了滑行艇在波浪中的姿态,为滑行艇耐波性实验提供了一定的理论依据。     

科海拾贝

加研制潜水伐木机器人 在加拿大不列颠哥伦比亚省的洛伊湖,随着一个配备多种专用工具的水下机器人在水下作业,一根根树木浮上了水面。 这个水下伐木机器人是由加拿大多伦多大学的科学家发明的。新型机器人潜入水后,首先借助一个小型摄像头确定目标,然后漫     

滑行艇埋首现象研究——发生埋首的衡准

阐明了滑行艇产生埋首现象的原因。首先，利用模型试验证实滑行艇在静水以及波浪中会产生埋首现象。试验结果表明了出现埋首现象时滑行艇船体与水面的相对位置。然后，通过约束模型拖曳试验进行大范围的航行姿态测量，其中包括发生埋首现象的姿态测量，获得作用于模型上的恢复力，并对其特性进行研究。研究表明，恢复力对埋首的产生有重要的作用。因此，提出了用恢复力表示的发生埋首现象的衡准，同时还进一步提出了发生埋首现象的诊断方法。     

水面滑行艇的流场与流噪声数值计算与研究

水面滑行艇受到附近的水流场的影响较大,航行过程中的阻力大小关系到水面滑行艇动力控制。如何提高滑行艇的推进效率及航行速率是研究动力系统的重要领域,其关键是通过数值模拟建立附近的水流场模型;同时,流噪声影响滑行艇的声波传输,使携带的武器装备性能降低,需要过滤流噪声数据。本文研究了水面滑行艇水流场及流噪声数学模型,结合RNG k-ε方程分析了流场及流噪声数值变换,最后对水面滑行艇流场及流噪声进行数值计算并分析结果。     

应用时间序列分析法对滑行艇运动短期预报研究

随着舰艇等海上作业平台向自动化、模块化和智能化的方向发展,无人水面舰艇的研究引起了越来越多的重视。所谓无人水面舰艇,是指将微型计算机、通信系统、流体动力、声呐遥感探测技术和智能技术等有机结合在一起的水面操作平台,它的性能好坏很大程度上取决于水面艇型的选择。本文以滑行艇为构造基础,系统阐述运用时间序列分析法对滑行艇运动短期预报的原理和算法。     

基于近似模型理论的水上飞机浮筒优化设计

以浮筒式水上飞机的浮筒为研究对象,以滑行阶段受到的水动阻力较小和产生较小水花溅射现象为最终目标,利用CAD建模软件CATIA实现对浮筒外形的模型建立,运用流体计算软件STAR-CCM+对浮筒在水上飞机水面滑行阶段时的水动力特征进行了数值模拟计算。最后,应用近似模型优化方法,采用NSGA-II算法实现了浮筒横剖面和断阶处的多目标优化设计,并将所得结果与CFD计算结果进行了对比,验证了优化的可行性。     

基于STAR-CCM+的滑行艇阻力数值计算

为了准确预报滑行艇的阻力性能,应用计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件,并结合重叠网格技术和Savitsky方法,对滑行艇的三维黏性流场进行数值模拟和计算的不确定度分析。研究结果表明,滑行艇阻力、升沉及纵倾角等计算结果与试验数据吻合良好,滑行艇的艇底喷溅现象及水-气分布模拟正常,表明论文建议的方法可快速和准确地预报滑行艇的阻力性能。     

滑行艇体的受力和强度（一）

1作用在艇体上的力 小艇在水面上航行时艇体上所承受的力与普通排水型船一样。由于重力和浮力在长度方向上分布的不均匀性。艇体将受到总的纵向弯曲力的作用和局部弯曲力的作用。显然，滑行艇体应当完全满足对排水型艇体强度的一般要求。值得指出的是，对一艘小艇来说，当它在水面上高速滑行时，艇体上受到的力要比排水航行时大得多，因此按滑行艇体强度标准设计的小艇，满足排水航行时总纵强度的要求应当是不成问题的，至于局部强度的满足。则由设计师根据载荷分布的特点加以酌情处理。     

俄罗斯展示新型海上机器人防御系统

<正>在俄罗斯举办的国防部创新日展览上,俄科学家展示了一个新的海上机器人防御系统,该系统主要由水面、水下和水上的机器人组成。正在研发的全球海上防御指挥和控制系统已经准备好了进行大规模的测试。一艘巡逻舰或潜艇并不能够长期监视大片海上区域,而这个由综合信息控制的海上机器人防御系统则可以完成整个海域的防卫任务。与此同时,该系统还能为相关舰艇提供在未知环境下的导航。     

拖曳力对滑行艇航行性能影响的试验研究

为了研究滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台的可行性,通过模型试验方法对滑行艇在静水和波浪中的阻力性能及航行姿态变化情况开展研究,分别在非拖曳与拖曳2种工况下进行试验。在静水条件下,研究了滑行艇在不同航速时的阻力及航态变化,讨论了拖曳力对航行性能的影响。在规则波条件下,对滑行艇在排水状态和滑行状态,以及不同波长、不同波高的情况下进行模型试验,讨论了拖曳力对阻力平均值、纵摇、垂荡以及首部加速度的影响程度。通过试验结果对比分析,总结了拖曳力对滑行艇阻力及航态的影响规律,并提出了滑行艇作为高速拖曳水面搭载平台时的建议。     

滑行艇不同漂角滑行状态下的水动力性能

对于滑行艇的水动力性能研究通常都以船模试验来解决,但是滑行艇由于模型小,航速高,试验条件较为苛刻,这部分研究并不够充分。通过CFD方法能科学的模拟计算其航行情况,克服了试验的局限性,而且,在研究中将空气和水结合起来考虑,更符合实际情况,对进一步深入研究滑行艇水动力性能有重要意义。随着数值模拟技术的发展,用数值方法模拟滑行艇的运动状况来研究其运动性能,将成为具有重要意义的解决方案。本文以斜航试验为基础,建立7个不同漂角下的计算模型,并运用流体力学软件Fluent展开滑行艇在滑行状态下的数值模拟,对数值结果进行计算处理,并通过计算得到水动力系数测定曲线,为滑行艇水动力系数的数值测定提供一种摆脱实验条件限制的参考方法,对滑行艇水动力性能研究有一定的实际意义和参考价值。     

基于水动力分析的高速滑行艇阻力估算

针对滑行艇高速航行的运动特性进行其动态阻力的估算研究。首先通过分析滑行艇在高速航行时艇体受到的各种水动力,建立其六自由度操纵性数学模型,并利用四阶龙格一库塔法解算滑行艇的运动姿态。然后计算滑行艇高速航行时的动态阻力,所得结果与船模试验数据吻合较好,并对各种滑行阶段的运动特性进行分析,结果表明基于水动力分析的阻力估算方法具有较强的工程实用性。