水下熱滑翔機的外殼形狀分析研究與試驗.pdf

1、水下熱滑翔機是人類邁向海洋，征服海洋的重要武器。水下熱滑翔機作為一種高效環(huán)保，浮力驅(qū)動，低噪聲的自主式水下運載器，可以廣泛用于海洋科考以及軍事經(jīng)濟領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的電力推進的水下機器人相比，水下熱滑翔機以海洋溫差能為能源，通過特殊的動力裝置將熱能轉(zhuǎn)化為機械能進行航行，由于無須配備電池，其續(xù)航能力遠(yuǎn)強于電力推進的水下機器人。
　　需要注意到海洋溫躍層的溫差較小，往往不超過20℃，溫度梯度值僅為約0.2℃/m，可利用的溫差能的能量品質(zhì)較為

2、低下。因此，水下熱滑翔機必須面對熱機效率較低，熱機輸出功率不大的情況。在這種情況下，為了能夠持續(xù)航行，勢必要求水下熱滑翔機具有較高的水動力性能，如較低的阻力而較大的升力等?；谝陨峡紤]，本文進行外形設(shè)計的主要出發(fā)點之一是擇優(yōu)挑選具有較高水動力性能的設(shè)計方案。
　　水下熱滑翔機無外掛推進裝置，通過相變材料的體積變化來產(chǎn)生正負(fù)凈浮力控制滑翔機的運動狀態(tài)。凈浮力的變化只能實現(xiàn)滑翔機的沉浮運動，為了實現(xiàn)水平運動和偏轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)機動地航行，

3、需要裝配水平翼和尾翼，水平翼可以將升力轉(zhuǎn)化為水平力，而尾翼可以產(chǎn)生側(cè)向力。本文以優(yōu)化設(shè)計大升阻比的機翼為目標(biāo)，通過C FD技術(shù)和機翼性能的經(jīng)驗公式，分別對水平翼和尾翼的翼型和平面形狀參數(shù)進行分析，并通過數(shù)值模擬的方法，優(yōu)化水平翼及尾翼的合理安裝位置，使得機翼造成的阻力增加量較小同時機翼本身相對于滑翔機的力學(xué)效果最佳。
　　水下熱滑翔機的外殼設(shè)計和試制完成后，為了檢驗滑翔機的實際性能，需要選擇合適的場所進行試驗。如果選擇具有溫躍層的

4、海洋或湖泊作為試驗地，則需要消耗較大的成本和較長的時間，非常不便，而且由于水下自然環(huán)境復(fù)雜面臨丟失模型的風(fēng)險。因此，本文基于相似理論研究在室內(nèi)建立海洋溫躍層模擬水池的方案，為水下熱滑翔機提供可重復(fù)性高，穩(wěn)定便捷的試驗環(huán)境。合理地設(shè)計室內(nèi)海洋溫躍層模擬水池參數(shù)，如縮尺比，水池的主尺度，溫度梯度場，動力相似數(shù)等。最后，通過傳感器實測驗證了設(shè)計的溫度梯度的目標(biāo)值，說明具備了模擬海洋溫躍層的能力。
　　為了檢測設(shè)計的水下熱滑翔機的水動力性