基于CFD计算水下机器人水动力导数

摘要

良好的操纵性能,对于水下机器人能够顺利高效得执行任务,至关重要.因此研究ARV的操纵性能具有重要意义,其中水动力导数的计算则是关键.目前,计算水动导数最流行的方法是船模实验法,但需要复杂的实验设备,成本高、耗费大量时间.而采用数值模拟方法计算水动力导数就克服了上述缺点.本研究采用基于开源CFD工具包OpenFOAM开发的水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU,对万米水下机器人(ARV)在不同漂角和攻角工况下,进行了数值斜航实验.通过数值计算得到了作用在ARV上的水动力和力矩,从而根据操纵性数学模型(MMG)得到相应的水动力导数值,从而可以根据运动方程,进行运动仿真模拟.对ARV进行数值模拟能够高效快速地计算ARV的水动力导数,进而对ARV的操纵性能进行预报,指导水下机器人的设计.