穿梭潛器水動(dòng)力特性的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究.pdf

1、海洋是未來(lái)人類生存和發(fā)展的寶庫(kù),海洋資源開(kāi)發(fā)如火如荼,載人深潛器是海洋資源開(kāi)發(fā)的有力工具。世界各國(guó)都有自己的海洋開(kāi)發(fā)計(jì)劃,各種類型的載人深潛器層出不窮,幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都具有了可以下潛至6000米深海的多功能載人深潛器。我國(guó)“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器已可下潛3700多米,標(biāo)志著我國(guó)在深海潛水器領(lǐng)域的自主研發(fā)能力和海洋基礎(chǔ)科學(xué)能力方面取得了世人矚目的成就。穿梭潛器是載人深潛器的一種類型,其主要目的是運(yùn)送物資和人員快速到達(dá)指定深海位置。
　　

2、 穿梭潛器不同于一般潛艇,復(fù)雜多變的體型和靈活的操縱運(yùn)動(dòng)是其主要特點(diǎn),本文針對(duì)某復(fù)雜構(gòu)型的穿梭潛器,進(jìn)行了水動(dòng)力特性的試驗(yàn)研究和水動(dòng)力特性的數(shù)值模擬研究,并進(jìn)行了操縱運(yùn)動(dòng)仿真,為該型穿梭潛器的水動(dòng)力設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù),對(duì)將來(lái)其他類型潛水器的設(shè)計(jì)和水動(dòng)力研究也具有重要的意義。
　　 本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新如下:
　　 1.利用循環(huán)水槽和平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)物理模型試驗(yàn)的方法對(duì)穿梭潛器的水動(dòng)力進(jìn)行了測(cè)試,分析了附體位置不同時(shí)水動(dòng)力

3、的變化規(guī)律,為該型穿梭潛器附體位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 2.采用數(shù)值水池技術(shù)和Fluent軟件對(duì)穿梭潛器實(shí)現(xiàn)了大攻角和大漂角的拖曳試驗(yàn)和旋轉(zhuǎn)臂試驗(yàn),測(cè)定了慣性水動(dòng)力系數(shù)和粘性水動(dòng)力系數(shù)。利用完成的物理模型試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的合理性,提出了分區(qū)的數(shù)值拖曳水池模型和基于參考系相對(duì)運(yùn)動(dòng)的數(shù)值旋轉(zhuǎn)臂水池模型,節(jié)省了大量的劃分網(wǎng)格時(shí)間,提高了模擬效率。
　　 3.采用物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法同時(shí)對(duì)該型復(fù)雜構(gòu)型穿

4、梭潛器的慣性類水動(dòng)力進(jìn)行了測(cè)試,數(shù)值模擬中使用了基于勢(shì)流面元法、無(wú)粘和粘性的求解器,通過(guò)對(duì)比物理模型試驗(yàn)的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)采用粘性流求解器計(jì)算得到的附加質(zhì)量與試驗(yàn)結(jié)果最為接近。
　　 4.根據(jù)物理模型試驗(yàn)流程和數(shù)值模擬過(guò)程的比較,分析不同數(shù)值模擬所得水動(dòng)力結(jié)果的變化規(guī)律,針對(duì)穿梭潛器操縱運(yùn)動(dòng)的特征建立了水動(dòng)力的平方項(xiàng)模型,該模型水動(dòng)力方程表述簡(jiǎn)潔,具有快速測(cè)算水動(dòng)力的特點(diǎn),系數(shù)測(cè)算效率比常規(guī)試驗(yàn)的數(shù)值模擬測(cè)算效率提高了6倍。