水下航行体应用鱼类仿生推进技术的试验研究

水下仿生推进技术将是水下航行体推进技术的革命，这种推进方式是仿生学和水下航行体推进结合的产物，突破了传统的螺旋桨推进理论。初步研究了水下航行体仿生推进技术，以及波状摆动推进中C形起动模式使用不同形状尾鳍的流场结构及动力性能。一般可以将尾鳍形状划分为对称与不对称两大类，选择矩形和三角形作为这两类尾鳍的代表，对其进行了流动显示以及力矩和力测量。研究发现，两种尾鳍模型具有截然不同的流场结构：矩形会在翼尖处产生一个主涡环，而三角形会在尖角上下出现两个涡环。不同的尾迹流场结构有着不同的动力学效果。据此对比分析了不同形状的尾鳍在波状摆动推进中各自的优缺点，在此基础上进一步分析了尾鳍形状在实际工程中的应用。     

潜艇直航操舵水动力尺度效应研究

尺度效应是船舶水动力学研究的一个关键问题。目前,对船舶尺度效应的研究大多集中在阻力性能方面。本文针对水下航行体操纵性能评估的需要,对水下航行体操舵水动力性能的尺度效应进行探讨。以典型潜艇模型SUBOFF为研究对象,采用计算流体动力学方法对不同尺度下的直航操舵试验进行数值模拟,分析网格尺度对不同尺度计算结果的影响。在此基础上,探讨不同尺度下的潜艇绕流场特性,以及作用在潜艇上的水动力及力矩变化规律,对于研究水下航行体操纵性能的尺度效应问题具有一定的借鉴意义。     

围壳对水下航行体水动力系数的影响特性研究

作为水下航行体的重要附体之一,围壳对其操纵性水动力系数存在重要影响。为此基于相对参考坐标系方法,开展旋臂水池数值仿真研究。通过与模型试验数据对比,建立了线性旋转速度系数的数值计算方法。在此基础上研究有无围壳状态、围壳在水下航行体上的轴向位置工况下水下航行体的水动力系数和流场特性,得到了围壳对水下航行体流场和水动力系数的影响。     

水下航行体近海底运动操纵性研究

针对水下航行体近海底航行时的特点,首先建立了水下航行体的操纵运动数学模型,分别从水平面和垂直面两方面来考虑近海底对操纵运动水动力的影响,进而数值模拟和分析了水下航行体在近海底运动时的操纵性能变化规律,计算结果表明近海底航行使得其机动性减弱而运动稳定性增强。     

内波作用下水下航行体水动力载荷及运动特性研究

中国南海区域海洋内波出现频率较多。海洋内波携带着巨大能量,对于水下航行体的安全航行具有非常大的威胁。为了研究内波对水下航行体的水动力性能影响,该文基于RANS方法和KdV理论建立了分层流中的内孤立波与水下航行体相互作用的数值模拟方法。在对约束模型数值模拟分析的基础上,采用DFBI方法结合重叠网格技术,开展了内孤立波作用下水下航行体自由运动的数值模拟。分析表明,内孤立波与航行体相遇,会使得其周围流场变得异常复杂,从而引起突变的流体动力和运动,对此时的航行安全性应给予极大重视。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵。本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证。CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础。     

航行体水动力特性数值计算研究

航行体水中运动达到一定速度时,在航行体肩部及尾部会产生空泡,直接影响航行体的水动力特性及稳定性控制,当空泡进入高压区时瞬间发生溃灭,产生极高的压力冲击对航行体具有很强的破坏作用。本文利用数值计算方法对某航行体水下不同运动速度下的空泡状态、阻力系数进行研究,对该航行体水动力特性及水下载荷研究提供参考。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.     

CFD动态网格技术在水下航行体非定常操纵运动预报中的应用研究

针对水下低速航行体非定常操纵运动中雷诺数及水动力系数随时间变化这一特点,文章采用基于动态网格技术的CFD数值方法对其进行运动模拟.通过对传统动态混合网格模型进行发展,提出了一种改进的动态混合网格模型,以此建立了非定常操纵运动数值预报方法.为验证所建立的数值预报方法对水下低速航行体操纵运动水动力的预报精度,并以带攻角均匀直航的滑行状态为研究对象,应用动网格技术对一典型水下低速航行体缩比模型主体及带附体的水动力进行了计算,结果与风洞模型试验结果吻合较好;文中进而将其应用于一水下滑翔机自航模非定常运动的预报,结果与试验符合较好,初步验证了动网格技术的应用能力和所建立的预报方法的有效性.文中的工作可以为水下航行体及其自航模非定常操纵运动的数值模拟提供基础.     

小攻角下水下高速航行体超空泡流特性研究

为研究小攻角下水下高速航行体超空泡形态及水动力特性,利用商业CFD软件Fluent6.2,对小攻角下高速航行体超空泡流进行数值模拟,分析了空化数、攻角对水下高速航行体空泡形态以及水动力特性的影响规律.研究表明,攻角为能够明显改变空泡形态的轴对称性;攻角越大,航行体的阻力系数也增大,不利于超空泡的减阻,甚至会导致航行体的失稳.研究结果将为开展水下高速航行体超空泡实验研究提供理论参考.     

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.     

水下航行体水动力参数智能辨识方法研究

通过水下航行体的状态方程和试验观测方程,利用智能辨识技术对水下航行体的模拟运动数据进行了仿真辨识,求得了10个水动力参数.结果表明,智能算法简单有效,对目标函数没有可微性和连续性要求,避免了复杂的梯度矩阵计算,适合在复杂的非线性水动力系统辨识中应用.     

水下高速航行体超空泡减阻特性数值模拟研究

利用CFD商业软件Fluent6.2对水下高速航行体超空泡流进行了数值模拟研究,计算了带圆盘与圆锥两种头部空化器航行体的阻力特性,详细分析了空化器直径、锥角、航行体长细比对超空泡减阻特性的影响,并计算了高速水下航行体自然超空泡减阻率,结果表明,在超空泡形态下,带圆盘空化器头部的水下高速航行体,更加有利于超空泡的减阻,超空泡减阻率可达95%以上.研究结果为进一步研究水下高速航行体的结构设计和水动力布局提供了理论参考.     

基于模型试验的水下航行器操纵运动黑箱建模

在开展一系列水下航行器模型试验的基础上,获取艇体、舵翼、推进器等的水动力参数,建立六自由度动力学模型。然后,基于RBF神经网络算法,对模型中的向心力、科氏力和阻尼项进行黑箱建模。通过水平面和垂直面的操纵运动仿真,对RBF神经网络在水下航行器黑箱建模中的有效性进行验证。     

水下航行体表面状态细节流动特性数值分析研究

本文采用数值求解RANS方程的方法,对于水下航行体表面状态细节(小突体、孔穴)的流动特性进行了研究.计算详细地给出了航行体带小突体与表面开设孔穴后的阻力与流场,结果表明它们对于航行体水动力性能有明显的影响,在设计中应加以优化处理.     

水面水下两用艇艇型设计及其水面阻力性能CFD预报分析

水面水下两用艇集水面高速航行与水下运载功能于一体,1个平台兼具2种运行功能,可以完整执行海上特殊任务。本文首先对国外水面水下两用艇发展现状及艇型特点进行简要叙述,而后采用重叠网格技术,基于RANS方程,对水面水下两用艇及双折角双防溅条滑行艇的水面高速自由模拖曳运动(计及升沉和纵倾)进行预报,对比分析了两用艇独特的艇体外形设计对其水面高速航行时阻力特性的影响,最后讨论阻流板对两用艇水面航行性能的影响规律,为两用艇的艇型设计以及水动力性能研究提供参考。     

热电混合动力在水下无人航行体中的应用研究

本文探讨了热电混合动力在水下无人航行体中的应用,提出了热电混合动力需要解决的关键技术,进行了热电混合动力系统技术设计并进行了相关试验,取得了预期的效果,开展热电混合动力在无人水下航行体中的应用研究对于增加航行体的航时、提高航程具有重要意义。     

升力型潜水飞行器水空动力学特性研究

水空两相介质物性的巨大差异为潜水飞机的水下潜航和空中飞行带来诸多难题,本文选择升力型航行器为研究对象,采用数值仿真手段研究其飞行和潜航动力学特性,模拟结果说明:在低速航行时,存在匹配的速度区间使得升力型航行器在空中和水下的各动力学参数随攻角的变化趋势相似并且数值相近,航行器获得相似的飞行和潜航环境;通过对水下高速航行的可行性的探讨,获悉升力型航行器不适宜在水下高速潜航,需采用变体方式改变构型来提高航行器的动力学性能。     

航行体头型对气泡附着影响的数值研究

水下航行体穿越水中膨胀气泡时,气泡在一定条件下有可能附着在航行体上形成附着空泡,从而改变航行体水动力性能,为此开展了头型因素对气团附着空泡影响的数值研究。利用数值模拟方法计算了四种头型航行体穿越膨胀气团的过程,结果发现头型是影响气泡附着的重要因素:对于分离角较大的钝头型,气泡容易附着在航行体上形成附着空泡;对于分离角较小的细长头型,气泡受到扰动后就很快与航行体分离而不会附着。     

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.