带缆水下机器人转首控制及水动力分析

将缆绳模型与6自由度模型耦合,构建带缆水下机器人数学模型,并通过重叠网格和滑移网格技术模拟机器人的运动和导管螺旋桨的旋转运动。在不同海流作用下对受导管螺旋桨控制的带缆水下机器人转首运动、导管螺旋桨推力特性与海流速度的关系、缆绳受力和机器人水动力性能等进行了分析。数值模拟结果表明,在低海流速度下,带缆水下机器人在导管螺旋桨控制下能完成转首运动,导管螺旋桨的推力会受到海流速度和机器人姿态显著的影响;海流速度对机器人水动力载荷和缆绳的合力也有显著的影响。     

圆碟形水下滑翔机外形设计研究

圆碟形水下滑翔机是一种新型水下滑翔机,其外形明显不同于现有的传统水下滑翔机,目前尚未看到有关其外形设计的详细讨论。基于水动力分析技术和滑翔机的稳态运动方程,建立了圆碟形水下滑翔机的外形设计分析方法,进而实现了导流沿、机身高度对水动力和运动性能影响的分析。研究发现,导流沿结构会增加单位垂直高度对应的水平滑行距离,但也会降低水平方向的滑行速度;机身高度的降低会增大水平方向的滑行速度,但不影响单位垂直高度对应的水平滑行距离。     

NACA 0012摆动水翼水动力特性的二维数值模拟

[目的]为了研究水翼的水动力性能对波浪滑翔机设计的影响,[方法]针对波浪滑翔机运动时水翼的摆动特点,基于STAR-CCM+软件的流体与固体相互作用(DFBI)模块,采用SST k-ω湍流模型,模拟出滑翔机水翼在一个周期内主动升沉运动下的被动摆动过程,研究限位角、波高、波浪频率等因素对NACA 0012型水翼的推力系数的影响。[结果]仿真结果表明,被动旋转方法可以有效模拟水翼摆动过程,且被动旋转方法所得平均推力系数与主动旋转的相比小30%左右;滑翔机水翼最大限位角在20°附近时,水翼的水动力性能较优;平均推力系数在一定范围内随波高、波浪频率的增加而增大。[结论]这一结果可为研究波浪滑翔机的推进性能以及在不同海况条件下的水动力性能提供参考。     

水下直升机运动稳定性分析

文章分析一种新型超机动飞碟形的自主式潜水器—水下直升机的运动稳定性,以实现其在海底复杂的作业任务。采用AYASYS-CFX计算流体力学的仿真模拟技术,分析飞碟形的水下直升机在水平面的机动性和垂直面的运动稳定性等水动力关键技术问题。采用多种数值水池模拟的方法,包括直(斜)航运动和圆池旋臂运动等模拟方法,以计算水下直升机的水动力的稳定性导数、水动力(矩)、随攻角变化的压力中心和阻升比等。在设计航速1 kn的情况下,采用Routh线性水动力导数组成的运动稳定性数学模型,分析其水平及垂直面上的运动稳定性。计算结果说明,水下直升机在水平面上回转运动具有战术直径接近零的超机动能力,同时,在垂直面上具有优于传统鱼雷形潜水器的运动稳定性。     

摆线推进器水动力特性三维模拟

摆线推进器在旋转过程中，叶片的迎流角实时变化以产生推力。文章将使用FLUENT软件，研究摆线推进器在不同工作参数下的水动力性能。根据摆线推进器的运动规律，编写相应的用户自定义函数（User Defined Function, UDF）控制叶片做摆线运动。在仿真中使用非结构网格、滑移网格方法来分析推进器叶片在不同转轴比、进速系数、转速以及偏心点时对摆线推进器水动力性能的影响。研究结果表明，在50%左右的转轴比、中高进速、较低转速以及小偏心点时，推进器的水动力参数波动较小，有助于维持推力以及叶片稳定性。     

海流作用下的载人潜水器作业动力学建模与仿真研究

载人潜水器在深海复杂环境下进行作业时,常受到海流的干扰.当进行采样作业时,机械手的运动也会对潜水器主体的姿态产生干扰.为了提高载人潜水器作业水平,以某型载人潜水器为研究对象,建立了海流作用下机械手运动时的载人潜水器动力学模型,对海流作用在潜水器上的水动力进行了仿真分析,研究了海流作用下机械手作业对潜水器运动特性与姿态的...     

基于水动力参数设计的水下滑翔机横向静稳定性改善研究

为了提高水下滑翔机在洋流冲击下的横向静稳定性,以一定经济性为前提,借助数值模拟方法分析下潜及上浮2个状态下水翼后掠角及垂尾展弦比对横向静态航行性能的影响,从而优化水动力参数。结果表明,一定范围内增加水翼后掠角对水下滑翔机不同滑翔状态下的横向静稳定性均产生了积极作用,而增加垂尾展弦比对不同滑翔状态下的横向静稳定性影响具有双重性。该研究方法的提出为水下滑翔机在不同工况下航行的水动力参数设计提供了理论依据。     

波浪驱动的水面波力滑翔机研究现状及应用

  目的  为了研究水翼的水动力性能对波浪滑翔机设计的影响,  方法  针对波浪滑翔机运动时水翼的摆动特点,基于STAR-CCM+软件的流体与固体相互作用（DFBI）模块,采用SST k-ω湍流模型,模拟出滑翔机水翼在一个周期内主动升沉运动下的被动摆动过程,研究限位角、波高、波浪频率等因素对NACA 0012型水翼的推力系数的影响。  结果  仿真结果表明,被动旋转方法可以有效模拟水翼摆动过程,且被动旋转方法所得平均推力系数与主动旋转的相比小30%左右;滑翔机水翼最大限位角在20°附近时,水翼的水动力性能较优;平均推力系数在一定范围内随波高、波浪频率的增加而增大。  结论  这一结果可为研究波浪滑翔机的推进性能以及在不同海况条件下的水动力性能提供参考。     

波浪中受侧壁影响的船舶航行水动力性能研究

在海洋平台附近,工作船的水动力性能会受结构物侧壁的影响而下降。基于Rankine源常值面元法,建立考虑岸壁和波浪作用的船舶水动力数值模型并在时域上求解。选取经典Wigley III船模计算各波长下的水动力和运动响应幅值,并将模拟结果与其他方法的计算结果对比,验证了数值研究方法的合理性和可靠性。通过参数的敏感性分析,揭示航速、波浪特征和侧壁对船模运动响应的影响,为船舶在复杂海域中的水动力响应实时预报服务。     

基于动网格技术研究海流对水下机器人运动特性的影响

利用Fluent提供的六自由度求解器,采用动网格技术,在水下机器人系统所处流域以计算流体力学方法求解其N-S方程,研究受海流影响下的水下机器人运动特性。数值计算结果表明:采用动网格技术进行六自由度运动模拟可以获得海流对水下机器人运动特性的影响;随着海流速度的增加,水下机器人运动的不稳定性逐渐增加,在运动后期会出现明显的偏航,且发生偏航的距离点随着海流速度的增加而提前;随着推力的增加,位移轨迹曲线的曲度逐渐减小,逐渐由曲线过渡为直线。     

开架式ROV动力匹配稳态与动态设计方法

本文针对开架式ROV的设计,提出一种将稳态匹配与动态匹配相结合的动力匹配研究方法。首先根据所设计的ROV,运用Fluent软件对其进行水阻力仿真,得出ROV在不同航速下的阻力,其次对螺旋桨进行特性分析,进而对比螺旋桨不同参数对推力和阻力匹配的影响,同时考虑螺旋桨功率与电机功率匹配,完成ROV的稳态匹配。最后加入动态分析得到最终的动力匹配,并证明其具有较好的运动稳定性以及机动性。     

海流作用下海底管道侧向失稳特征的试验研究

对海流载荷下管道在砂质海床上侧向失稳的物理过程进行了试验模拟,分析了管道侧向失稳的典型特征.水动力试验发现,管道侧向失稳经历了三个特征时间:①砂粒起动,②管道轻微侧向位移,⑦管道侧向失稳.利用机械加载装置分别研究了两端自由和防滚两种端部约束条件下管道在侧向失稳过程中的侧向土阻力及管道沉降特征.实验发现,随着管道水平位移的增加,侧向土阻力逐渐增加并最终达到极限值;而端部约束条件对极限侧向土阻力及其与管道沉降量之间的关系影响较大.两种模型试验结果具有较好的对比性,海流引起的局部冲刷可降低管道侧向稳定性.     

潜艇应急上浮运动研究进展综述

本文综述了国内外潜艇应急上浮运动研究的发展状况,首先介绍了应急上浮运动数学模型构造,并重点阐述了水动力系数的研究进展,然后对潜艇应急上浮运动的预报方法进行了介绍,并对潜艇应急上浮运动稳定性研究和分析进行了简要的概括,最后对潜艇应急上浮运动研究今后的发展进行了展望。     

空泡效应对冰阻塞环境下的螺旋桨性能影响研究

针对空泡效应对冰区船舶螺旋桨在冰阻塞环境下的推进性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞环境不同空泡数下的螺旋桨模型水动力性能对比试验。试验结果表明空泡效应减缓了冰阻塞环境下螺旋桨推力均值上升的程度,加剧了非定常变化的幅度;冰阻塞环境螺旋桨受空泡影响发生推力突降的运行工况要早于均流环境。采用CFD方法对冰阻塞环境下的螺旋桨模型水动力和空泡特性进行了数值模拟,冰阻塞典型工况的螺旋桨模型水动力性能计算结果与模型试验结果误差在5%以内,在相同工况下桨叶表面的空泡形态模拟结果与模型试验基本一致,表明本文冰阻塞环境螺旋桨水动力和空泡性能的数值模拟方法具有较高计算精度。     

基于 AQWA的滑翔圆碟的水面漂移特性研究

利用海洋工程水动力分析软件AQWA对一种新型无尾翼滑翔圆碟的水面漂移特性进行研究。在规则波浪条件下,对滑翔圆碟的波浪载荷、附加质量系数、运动响应幅值算子（RAOs）及水面漂移轨迹进行预报。最后,利用Matlab对波浪载荷数据进行拟合,得到在常见波频范围内、不同浪向角作用下,滑翔圆碟波浪载荷的表达式。研究结果表明,在常见波频范围内,滑翔圆碟的RAOs值及水面漂移轨迹较为合理,拥有较稳定的工作性能;拟合得到的波浪载荷表达式拥有较高精度,基本满足实际的工程计算需求,为滑翔圆碟水面漂移特性的研究工作提供一种新思路。     

船体影响下舵附推力鳍的节能效果研究

通过 CFD方法实现船舶自航试验模拟,计算在船体影响下舵附推力鳍可带来2.3%左右的节能效果,分析指出舵附推力鳍通过吸收螺旋桨尾流能量,增加螺旋桨推力,改善船尾伴流,降低船身阻力的节能原理。计算敞水状态下桨/舵/舵附推力鳍系统的推进性能,并与船体影响下的推进性能进行比较,指出敞水状态下舵附推力鳍的工作状态与在船体影响下有着较大不同,为设计人员提供基础参考。     

船体影响下舵附推力鳍的节能效果研究

通过CFD方法实现船舶自航试验模拟,计算在船体影响下舵附推力鳍可带来2.3%左右的节能效果,分析指出舵附推力鳍通过吸收螺旋桨尾流能量,增加螺旋桨推力,改善船尾伴流,降低船身阻力的节能原理。计算敞水状态下桨/舵/舵附推力鳍系统的推进性能,并与船体影响下的推进性能进行比较,指出敞水状态下舵附推力鳍的工作状态与在船体影响下有着较大不同,为设计人员提供基础参考。     

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。     

基于AQWA的滑翔圆碟的水面漂移特性研究

利用海洋工程水动力分析软件AQWA对一种新型无尾翼滑翔圆碟的水面漂移特性进行研究。在规则波浪条件下,对滑翔圆碟的波浪载荷、附加质量系数、运动响应幅值算子(RAOs)及水面漂移轨迹进行预报。最后,利用Matlab对波浪载荷数据进行拟合,得到在常见波频范围内、不同浪向角作用下,滑翔圆碟波浪载荷的表达式。研究结果表明,在常见波频范围内,滑翔圆碟的RAOs值及水面漂移轨迹较为合理,拥有较稳定的工作性能;拟合得到的波浪载荷表达式拥有较高精度,基本满足实际的工程计算需求,为滑翔圆碟水面漂移特性的研究工作提供一种新思路。     

螺距与拱度对螺旋桨水动力性能影响研究

以KP505螺旋桨为研究对象,利用CFD软件,基于RANS方法结合Realizable k-ε湍流模型开展螺旋桨水动力性能数值模拟,分析不同螺距、拱度径向分布对其水动力性能的影响.结果表明:随着螺距、拱度增大,推力和转矩均明显增加,导致螺旋桨单位面积平均推力增大,使得螺旋桨更易产生空泡现象;在中、低进速系数下,螺距越小...