在仿生翼水下航行器設(shè)計階段,針對如何在主尺度和巡航速度確定的前提下得到直航阻力最小的尾翼形狀這一問題,對仿生翼水下航行器直航運動時的水動力性能進(jìn)行了分析。仿生翼水下航行器主體采用回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),中段為平行結(jié)構(gòu),艏艉部為Myring型。采用三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格形式,基于五種湍流模型,對仿生翼水下航行器進(jìn)行仿真,得到不同航速下仿生翼水下航行器直航阻力與表面流場的變化規(guī)律,并與平板翼進(jìn)行對比。通過分析驗證了仿生翼水下航行器相比平板翼水下航行器,具有更優(yōu)的水動力性能,為水下航行器設(shè)計階段的阻力性能預(yù)測和尾翼優(yōu)化提供了參考。 

【文章來源】：機械制造. 2020,58(08)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

海豚尾鰭

對仿生翼進(jìn)行設(shè)計時，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)確定仿生翼形狀，并利用計算機輔助設(shè)計軟件繪制尾翼平面布局，確定仿生翼、平板翼剖面翼型，控制單一變量尾翼形狀，利用Solid Works軟件繪制具有仿生翼和平板翼的水下航行器。根據(jù)水下航行器的外形尺寸及設(shè)計工況，結(jié)合相關(guān)案例確定流場區(qū)域的體積尺寸，利用ICEM前處理軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，采用三種不同的網(wǎng)格密度，進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性測試，從而選取合適的網(wǎng)格密度，對兩種具有不同形式尾翼的水下航行器進(jìn)行水動力計算。根據(jù)實際海況確定模擬的初始條件，分別在五種速度工況下利用Fluent軟件計算兩種不同形式尾翼水下航行器的水動力性能。根據(jù)仿真結(jié)果對兩種形式尾翼的水下航行器進(jìn)行對比，如果仿生翼水下航行器的水動力性能優(yōu)于平板翼水下航行器，那么完成仿生翼的外形設(shè)計;如果結(jié)果相反，那么對仿生翼進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，直至滿足要求為止[6]。仿生翼的設(shè)計流程如圖2所示。4 水下航行器物理模型

網(wǎng)格劃分是仿真的第一步，網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。筆者采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以更加方便地調(diào)節(jié)網(wǎng)格精度。對于處理邊界層問題，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相比非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，仿真計算結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確度和可信度。因為水下航行器模型為對稱結(jié)構(gòu)，所以在劃分網(wǎng)格時對模型進(jìn)行簡化，只取整體結(jié)構(gòu)的1/4，并且保證流場區(qū)域、水下航行器各部分結(jié)構(gòu)都包含其中。待計算完成后，將結(jié)果對稱整合處理，這樣既不影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確度，又可以提高計算效率，是對稱圖形常規(guī)簡化處理方式的一種。在對流場區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，流場區(qū)域可采用稀疏網(wǎng)格。在對水下航行器進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，應(yīng)對水下航行器表面進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，這樣既可以保證網(wǎng)格數(shù)量，提高計算精度，又可以減小工作站內(nèi)存占用空間，縮短計算時間，提高算例的計算效率[10]。水下航行器模型網(wǎng)格劃分如圖4所示。5.2 網(wǎng)格無關(guān)性測試

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]水下自航行器外形優(yōu)化設(shè)計與水動力性能分析[D]. 馬德飛.中國計量大學(xué) 2016
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本文編號：3287370