潜水器的水动力性能数值计算研究

发布时间：2020-07-16 06:18

【摘要】：随着世界各国对海洋资源的深入开发和军事方面的需求不断加强,潜水器在科研领域和军事方面的应用引起广泛重视。潜水器可以下潜到一定海域范围内的深层海水内部,对复杂的海洋环境和生物进行监测,完成水文测量、科学采样、海底搜索和水下采矿等任务,具有良好的应用前景。AUV(水下自航器)作为水下潜器的一种,自身的体积小、重量轻,在水中航行时容易受到海流、旋涡的影响,这种影响会干扰其航行状态和作业姿态。为了研究AUV在复杂流场中的水动力性能,本文就采用CFD数值模拟的方法,对某AUV(水下自航器)的水动力性能展开研究,具体内容如下:(1)首先对AUV裸艇体进行数值计算,验证CFD数值计算的可靠性,选出合适的湍流模型和网格数量。为选出较佳的湍流模型,分别计算出Standard k-ε、RNG k-ε和SST k-ω三种湍流模型下的总阻力值,并和试验值比较,选出RNG k-ε为最佳的湍流模型;对网格数的独立性进行分析,选出既节约时间成本、计算精度最高的网格数量在50万左右。(2)对AUV在有尾翼、没有尾翼,速度在1.4m/s~2.2m/s的范围,漂角在0°~15°时的40种不同组合的工况进行数值计算,通过图表分析以及将计算的结果导入IBM SPSS软件进行方差分析可知:改变漂角和速度都对AUV的压阻力影响较大,对摩擦阻力的影响微小,所以漂角和速度对压阻力的影响是AUV总阻力发生变化的主要原因;漂角和速度对有尾翼的AUV阻力性能的影响都大于没有尾翼的AUV阻力性能的影响;尾翼的显著性值很接近给定的显著性水平α,表明AUV是否带有尾翼对其总阻力影响很小;在给定的速度和漂角的范围内,三种因素影响AUV总阻力水动力性能的程度排序为:速度漂角尾翼。(3)通过二相流模拟计算AUV在自由液面航行时的阻力值,并将计算结果和无限水域中的结果进行对比,研究自由液面对AUV水动力性能的影响。由分析可知:不能忽略自由液面对AUV水动力性能的影响;当AUV在近自由液面航行,压阻力的变化是总阻力发生变化的主要原因;通过数值结果和云图分析出,当傅汝德数Fr在0.278~0.437范围时,在AUV的尾部首尾横波会产生兴波干扰。通过对AUV在无限水域和近自由液面航行时的数值模拟计算,分析了不同参数、自由液面对AUV水动力性能的影响,为后续的研究和实际工程应用提供借鉴。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661.3;U674.941

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李佳;黄德波;邓锐;;载人潜器阻力的数值计算方法分析[J];船舶力学;2010年04期

2 王超;黄胜;解学参;;基于CFD方法的螺旋桨水动力性能预报[J];海军工程大学学报;2008年04期

3 马伟锋;胡震;;AUV的研究现状与发展趋势[J];火力与指挥控制;2008年06期

4 胡志强;林扬;谷海涛;;水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究[J];机器人;2007年02期

5 张文瑶;裘达夫;胡晓棠;;水下机器人的发展、军事应用及启示[J];中国修船;2006年06期

6 金翔龙;;二十一世纪海洋开发利用与海洋经济发展的展望[J];科学中国人;2006年11期

7 顾民;吴乘胜;;浅水中船舶水动力特性数值计算(英文)[J];船舶力学;2005年06期

8 张楠,沈泓萃,姚惠之;潜艇阻力与流场的数值模拟与验证及艇型的数值优化研究[J];船舶力学;2005年01期

9 燕奎臣,李一平,袁学庆;远程自治水下机器人研究[J];机器人;2002年04期

10 蔡荣泉;关于船舶CFD的现状和一些认识[J];船舶;2002年01期

相关博士学位论文 前3条

1 高霓;微小型水下潜器近自由液面操纵性预报[D];哈尔滨工程大学;2013年

2 于宪钊;微小型水下航行器水动力性能分析及双体干扰研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

3 温秀平;水下机器人特性分析及其控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

相关硕士学位论文 前5条

1 梁慧琳;四旋翼水下航行器的运动建模及可视化仿真[D];浙江大学;2016年

2 赵金鑫;某潜器水动力性能计算及运动仿真[D];哈尔滨工程大学;2011年

3 郭魁俊;自主式水下航行器水动力系数数值研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

4 张晓频;多功能潜水器操纵性能与运动仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

5 常文田;垂直平面运动机构的分析与研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

本文编号：2757642