針對矢量推進(jìn)模式下的AUV水動力性能和操縱性能,開展了AUV矢量推進(jìn)水動力CFD計(jì)算,對矢量推進(jìn)水平回轉(zhuǎn)操縱性進(jìn)行了評估,加工了矢量推進(jìn)樣機(jī),并進(jìn)行湖上操縱性驗(yàn)證。理論計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:矢量推進(jìn)具備極高的低速操縱性,該研究為矢量推進(jìn)在AUV上的應(yīng)用提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 

【文章來源】：數(shù)字海洋與水下攻防. 2020,3(04)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

坐標(biāo)系定義Fig.1Definitionofcoordinatesystem

第4期李雨田，等：AUV矢量推進(jìn)水動力計(jì)算及水平回轉(zhuǎn)操縱性試驗(yàn)·289·布局、多推進(jìn)器布局、矢量推進(jìn)布局等。AUV矢量推進(jìn)是指在AUV尾部中軸線布置1個主推進(jìn)器，通過控制推進(jìn)器轉(zhuǎn)速和推進(jìn)器偏轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)AUV的操縱。相比舵控，矢量推進(jìn)可以在極低速度下實(shí)現(xiàn)高操縱性；相比多推進(jìn)器，矢量推進(jìn)在空間布置及尺寸要求上有相對的優(yōu)勢。因此，矢量推進(jìn)在水下無人航行器推進(jìn)及操縱中有好的應(yīng)用前景。1矢量推進(jìn)水動力計(jì)算1.1坐標(biāo)系定義考慮到研究對象為矢量推進(jìn)器，在分析時設(shè)定艇體絕對坐標(biāo)系和艇體局部坐標(biāo)系2個坐標(biāo)系。1）艇體絕對坐標(biāo)系（OXYZ）：坐標(biāo)原點(diǎn)位于球頭圓心處，X軸與航行器軸線重合，從航行器頭部指向尾部為正，垂直方向?yàn)閅方向，向上為正，Z方向按右手法則確定。2）艇體局部坐標(biāo)系（SSSOXYZ）：坐標(biāo)原點(diǎn)位于球頭圓心處，SX軸與推進(jìn)器軸線重合，從導(dǎo)管入口指向出口為正，與推進(jìn)器軸線和航行器軸線確定平面垂直的方向?yàn)镾Y方向，即SY方向可由SX方向矢量和X方向矢量叉乘得到，SZ方向按右手法則確定。當(dāng)航行器處于直航狀態(tài)，即推進(jìn)器偏轉(zhuǎn)角為0時，絕對坐標(biāo)系（OXYZ）和局部坐標(biāo)系（SSSOXYZ）重合，SX軸和X軸之間的夾角即為推進(jìn)器水平偏轉(zhuǎn)角，SY軸和Y軸之間的夾角即為推進(jìn)器垂向偏轉(zhuǎn)角。圖1是坐標(biāo)系定義示意圖，圖2是推進(jìn)器矢量偏轉(zhuǎn)角定義示意圖。圖1坐標(biāo)系定義Fig.1Definitionofcoordinatesystem圖2矢量偏轉(zhuǎn)角定義Fig.2Definitionofvectordeflectionangle1.2水動力計(jì)算方法采用CFD方法計(jì)算推進(jìn)器矢量偏轉(zhuǎn)水動力參數(shù)，CFD計(jì)算控制方程包含連續(xù)性方程和RANS方程：()0iiutx()()iijjuuutx2

第4期李雨田，等：AUV矢量推進(jìn)水動力計(jì)算及水平回轉(zhuǎn)操縱性試驗(yàn)·291·圖4推進(jìn)器各部件受力系數(shù)與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系Fig.4Relationshipbetweenforcecoefficientofeachpartofthrusteranddeflectionangle圖5轉(zhuǎn)子扭矩系數(shù)與偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系Fig.5Relationshipbetweenrotortorquecoefficientanddeflectionangle表1、圖4和圖5中的數(shù)據(jù)和曲線表明：1）偏轉(zhuǎn)角對導(dǎo)管的受力系數(shù)影響比較大，30°偏轉(zhuǎn)角下導(dǎo)管沿SX方向的受力系數(shù)是0°直航狀態(tài)下的2.31倍；2）隨著偏轉(zhuǎn)角的增加，轉(zhuǎn)子沿SX方向的受力系數(shù)和扭矩系數(shù)變化比較平穩(wěn)，略有增加，與0°直航狀態(tài)下相比，30°偏轉(zhuǎn)角下轉(zhuǎn)子沿SX方向的受力系數(shù)增加了3.4%，扭矩系數(shù)增加了4.2%；3）隨著偏轉(zhuǎn)角的增加，整個推進(jìn)單元沿SX方向的受力系數(shù)比較平穩(wěn)，略有增加，與0°直航狀態(tài)下相比，30°偏轉(zhuǎn)角下整個推進(jìn)單元沿SX方向的受力系數(shù)增加了3.9%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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