水翼推进性能分析及实验研究

摘要

水翼推进法作为一种新兴的仿生推进方法，在推进机理等方面明显区别于传统的螺旋桨推进方法，为水下机器人的推进开辟了新的思路。水翼推进法相比于传统推进方法具有高速、高效、低噪声、机动性能好、外形简单等优点，更适合作为有高航速、高机动性、低耗能和低噪声等推进要求的现代水下机器人的推进器。相对于划动法和喷射法等仿生推进法来说，对水翼法推进的分析尚显不足。因此，水翼推进性能的研究对于水翼推进法的实际应用和发展具有重要意义。
　　本文根据水翼的运动状态建立水翼模型的惯性坐标系和随体坐标系，采用St和水翼摆幅作为影响水翼推进性能的运动参数，通过理论分析得出水翼在静水中和有流时的瞬时推进力、平均推进力以及推进效率随运动参数的变化规律。利用Fluent数值模拟软件，建立刚性水翼摆动模型，编写UDF用户程序设定水翼的摆动规律，分析水翼在不同运动参数下的推进性能及水翼摆动时周围流体环境的压力场及涡街。分析柔性水翼变形量对推进性能的影响。
　　本文建立水翼推进性能实验平台，包括机械系统、驱动系统和控制与测量系统的设计。设计了刚性、柔性水翼的模型，采用柔度系数这一无量纲量，作为衡量柔性水翼柔度的量化参数。利用实验平台测试水翼在不同的柔度系数和运动参数下水翼的瞬时推进力，根据实验数据得出水翼平均推进力和推进效率随水翼柔度系数和水翼运动参数的变化规律。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的背景和意义

1.3 水翼推进性能的国内外研究现状

1.4 课题来源及本文主要研究内容

第2章 水翼推进性能的理论分析

2.1 引言

2.2 水翼推进参数要求及模型坐标系建立

2.3 水翼推进性能研究的相关因素

2.4 水翼在静水中摆动时的推进力分析

2.5 水翼在来流中摆动时的推进性能分析

2.6 本章小结

第3章 水翼推进性能的数值模拟分析

3.1 引言

3.2 Fluent数值模拟计算

3.3 刚性水翼推进性能的模拟结果分析

3.4 柔性水翼变形量分析

3.5 本章小结

第4章 水翼推进性能实验平台

4.1 引言

4.2 水翼推进性能实验平台的设计

4.3 水翼的设计与制作

4.4 实验环境

4.5 本章小结

第5章 水翼推进性能分析

5.1 引言

5.2 水翼瞬时推进力分析

5.3 水翼平均推进力分析

5.4 水翼推进效率分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢