圆碟形水下滑翔机运动与坐底性能分析

摘要

随着各个海洋国家合理开发发展海洋口号的不断提出和战略部署，我国也在密切关注和支持海洋的未来发展，水下潜器或水下机器人在海洋有效开发战略中具有非常强大的能力和重要地位。本文以导师专业项目中第三代新型圆碟形水下滑翔机为研究对象，该圆碟形水下滑翔机为碟形旋转体，具有非常良好的流线型导流罩外壳，这种低阻力外形保证了滑翔机运动的灵活性，降低了能量消耗。
　　本研究分为三个部分：第一部分滑翔机运动数值模拟。首先简单介绍了数值模拟软件的计算原理，以流体动力学软件FLUENT为主要计算分析工具对圆碟形水下滑翔机的定常运动进行分析，根据数值模拟水动力计算结果和垂直面定常运动方程借助MATLAB三维绘图功能得出了圆碟形水下滑翔机定常滑翔运动基本控制参数和运动姿态参数之间的关系，接着分析了最大航程和最大水平速度两种典型滑翔工况并得出相应的运动参数;基于PMM非定常振荡运动，拟合水动力散点数据得出六自由度运动水动力系数。第二部分基于水下潜器阻力预报的经验公式分项估算法验证了本文数值模拟的可靠性。对不同导流外形的水下滑翔机利用数值模拟软件计算了各自的升阻比等水动力数据并进行了对比分析，验证了本文第三代圆碟形水下滑翔机具有大升阻比优势的结论即具有较高的滑翔效率。第三部分非定常数值模拟部分基于多相流模型以及离散项模型研究了圆碟形水下滑翔机坐底状态时混合物来流对机体的掩埋情况进行数值模拟，包括在不同来流泥沙体积分数、不同泥沙粒径、不同姿态坐底以及不同外观模型时的泥沙覆盖情况。为圆碟形水下滑翔机坐底功能设计和改进提供相关的理论支持。

目录

声明

摘要

引言

第1章 绪论

1．1 本文研究的目的及意义

1．2 国内外研究发展现状

1．3 论文主要工作

第2章 基本概念及理论

2．1 流体运动的基本概念

2．2 数值模拟软件原理

2．3 流体运动方程

2．3．1 质量守恒方程

2．3．2 动量守恒方程

2．3．3 能量守恒方程

2．4 模型及坐标系

2．5 本章小结

第3章 圆碟形滑翔机运动数值模拟分析

3．1 定常滑翔运动概述

3．2 垂直面稳态滑翔数值模拟

3．2．1 简析计算流域网格划分

3．2．2 软件设置

3．3 定常运动水动力系数及平衡方程

3．4 定常运动效率分析

3．4．1 最大驱动效率分析

3．4．2 最大水平距离运动

3．5 非定常运动数值模拟

3．5．1 艏摇运动

3．5．2 横荡运动

3．5．3 纵荡运动

3．5．4 垂荡运动

3．5．5 横摇运动

3．5．6 纵摇运动

3．6 水下滑翔机样机

3．6．1 下水实验

3．7 本章小结

第4章 结果验证与水下滑翔机性能对比

4．1 数值模拟结果验证

4．1．1 统计资料法

4．1．2 分项估算法

4．2 水下滑翔机对比优化

4．2．1 圆碟形与类圆碟形水下滑翔机

4．2．2 机翼型水下滑翔机

4．3 压力云图

4．4 本章小结

第5章 水下滑翔机坐底性能分析

5．1 基本概念和设置参考

5．2 多相流模型—两相流

5．2．1 三种模型选择的参数依据

5．3 多相流数值模拟网格

5．4 数值模拟结果

5．4．1 不同粘度泥沙覆盖情况

5．4．2 不同体积分数来流泥沙覆盖情况

5．4．3 不同坐底姿态泥沙覆盖情况

5．4．4 不同模型坐底泥沙覆盖情况

5．4．5 泥沙流场随时间的变化

5．5 离散项模型

5．6 本章小结

第6章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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