仿胸鳍推进系统的水动力分析

针对刚性胸鳍建立了二自由度、三自由度的运动模型,同时提出了行程时间比运动模型.在此基础上,从面元法出发,根据偶极子分布与漩涡分布的等效性,发展得到非定常涡格法的理论公式,利用非定常涡格法分析刚性胸鳍的水动力性能.胸鳍的运动由静止突然加速到恒定,在每个时间步长内用定常涡格法求解附着涡的涡强.自由涡由边缘泄出,并按时间步长逐步自动生成,并考虑其强度的耗散.采用Biot-Savart定理求涡系的诱导速度,通过非定常伯努利方程导出压力计算公式,从而得到胸鳍的水动力性能.     

仿胸鳍推进系统的水动力实验研究

为了研究仿生力学在非定常流动中的应用,针对刚性胸鳍建立了二自由度运动模型,设计了实现二自由度运动模式的仿胸鳍操纵系统的实验装置.胸鳍推进系统主体由两个伺服电机控制系统组成,能够产生限定范围内的各种预定的摇翼运动和前后拍翼运动的组合.研究耦合运动的相位差、摆动频率、滚转幅值、拍动幅值、滚转偏角、拍翼偏角等参数对胸鳍水动力性能的影响,得到各水动力系数在一个周期内随时间的变化趋势.实验结果为研发高机动仿生水下机器人奠定了技术基础.     

粘性流场中船舶操纵水动力导数计算

以船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对粘性流场中大型船舶操纵水动力导数进行了数值计算.船体按照斜航、不同舵角、纯横荡和纯首摇等状态做运动,得出随船坐标系下作用于其上的水动力及力矩.通过进行基于最小二乘法的曲线拟合,最终求得船舶操纵水动力导数.计算结果表明,纯横荡运动和纯首摇运动的水动力与运动无因次频率呈现较好的线性关系,间接验证了所提出的计算方法适用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

冰临近过程中螺旋桨的水动力性能计算分析

为了研究非接触工况下的冰桨干扰水动力载荷,以粘性流体力学为基础,运用重叠网格技术,开展了冰桨干扰的定常计算方法的研究。首先,通过与实验结果的对比,验证了方法可行性;其次,基于重叠网格技术,研究了干扰冰运动到不同空间位置时,螺旋桨水动力性能的变化趋势和规律;计算时,各计算域均采用切割体非结构化网格,各域之间通过重叠网格的嵌套进行数据的传递。为了更好地捕捉桨前流场的细节,在冰桨间隙处进行了多层网格的局部加密,同时结合SSTk-ω湍流模型进行冰桨近场水动力计算。总结出冰对螺旋桨的影响是由冰在桨前产生的干扰伴流区域位于桨盘面以内的面积以及与桨的相对位置共同决定的。计算结果具有一定的可靠性,可为冰区螺旋桨的设计与性能计算提供参考。     

基于网格速度法的非定常流场模拟和动导数计算

基于网格速度法的思想,将迎角的突变和俯仰角速率的突变叠加起来,发展了一套在固定网格上模拟飞行器俯仰振荡非定常流场的方法,该方法不需要实时更新网格,减少了计算时间和所需内存,避免了负体积的出现.首先计算了NACA0006的阵风响应和NACA0012翼型的俯仰振荡,所得结果与实验值和动网格方法符合较好,这表明该方法能够准确模拟此类非定常问题;最后将该方法应用于国外动导数计算标模Basic Finner Missile(BFM)俯仰振荡运动的数值模拟,并计算了其在马赫数1.58 ～2.5的静、动稳定性导数,计算结果与风洞实验值基本吻合,体现了该方法的正确性.     

船舶操纵线性水动力导数计算方法研究

以粘性流场中船舶操纵水动力预报为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其动网格技术以及后处理系统,对大型船舶的线性水动力导数进行了数值计算.考虑变舵角、斜航、纯横荡、纯首摇运动状态,得出随船坐标系下作用于操纵运动船体的水动力及力矩,并对之采用最小二乘法进行曲线拟合得到船舶操纵运动的线性水动力导数,数值计算结果与理论估算值吻合.稳定的计算结果表明该方法可用于复杂船舶运动的水动力导数计算.     

仿生蝠鲼胸鳍摆动推进机构设计与水动力分析

为了提高水下无人航行器推进系统效率,设计仿生蝠鲼胸鳍摆动推进机构及其摆动形式. 在研究蝠鲼胸鳍运动机理的基础上,设计摆动幅值与急回系数相互解耦的曲轴联合曲柄摆杆机构,以实现仿生胸鳍的特定摆动形式. 推导并建立仿生胸鳍的鳍面运动方程,利用数值仿真分析单侧胸鳍在该摆动形式下的水动力特性,根据设定的推进性能评价指标说明该摆动形式相对正弦摆动形式的优越性. 通过实验验证装置的前进、转向等运动性能,分析胸鳍摆动幅值、频率与运动速度的关系. 结果表明,在特定的摆动形式下,该仿生胸鳍摆动推进机构能够实现水下无人航行器的前进、转向等预定运动,满足基本推进要求.     

粘性流场中摆动尾鳍的水动力性能分析

以高性能仿生推进系统在海洋开发中的广阔应用为研究背景,通过对商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用其先进的动网格技术以及强大的后处理系统,详细计算了做横移和摆动耦合运动的金枪鱼月牙形尾鳍在粘性流场中的水动力性能.通过研究发现了摆动尾鳍产生的独特表面压力分布以及尾涡变化方式是其产生较高推进效率的内在原因;并着重探讨了不同雷诺数和耦合运动的幅度、频率及其相位差对尾鳍推进性能的影响,对于不同种类的计算工况,推进效率始终对应存在1个最佳值.     

自由状态冰对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究自由状态冰条件下的冰桨非接触干扰,本文采用重叠网格与流体-固体相互作用方法分别对冰桨非接触模型中冰块位移以及螺旋桨水动力性能进行了模拟,与实验结果的对比证明了该方法的可行性.研究发现:自由状态冰后面存在"加速区"与"阻塞区",随着冰块的靠近,阻塞区对螺旋桨的影响增大;随进速系数的增加,螺旋桨的推力系数和扭矩系数...     

非定常流中桨后舵附推力鳍的数值模拟

采用基于速度势的面元法计算螺旋桨与其后舵附推力鳍的非定常水动力性能，船体对螺旋桨的影响以桨盘面处的非均匀伴流来模拟．计算了螺旋桨0．7半径处在旋转一周过程中表面压力分布的变化情况，并与试验数值进行对比．在此基础上，计算了处于非均匀来流的螺旋桨后的舵附推力鳍的水动力性能．舵附推力鳍与螺旋桨的互相干扰以迭代处理，分析了采用不同剖面的推力鳍其助推效率的变化，将鱼形鳍剖面引入推力鳍中，并对鱼形鳍随边处进行了一些修改，计算了螺旋桨在旋转一周过程中，鱼形推力鳍助推效率的变化，计算结果与相同展长、弦长的NACA0018剖面相比，鱼形鳍的助推效率增加了约30％．     

旋转弯曲管道内脉冲流动的二次流动

对旋转弯曲管道中的脉冲流动进行了数值模拟，系统地分析了单脉冲和周期性脉冲流动在科氏力和离心力共同作用下的主流速度、二次流动变化情况，研究结果表明：旋转弯曲管道内脉冲流的流动特性主要由Dean数、曲率、周期内的最大科氏力与离心力之比、间歇频率参数和Womersley数来决定；间歇期内，流动并不立即消失，管道内出现反向流动；对于周期性脉冲流动，周期末的残余速度对整个周期的流动结构有着重要影响，间歇频率越大，残余速度的影响就越明显，旋转的作用有削弱残余速度作用的效果，当管道高速旋转时，残余速度的影响几乎可以忽略不计。     

影响双体船阻力计算的流场CFD因素探讨

为了获得双体船型等船体的阻力及其他水动力性能较有效的计算结果,采用粘性流体力学算法(FLUENT软件),探讨了影响船舶水动力学计算的若干不确定因素,对网格生成、数值算法和湍流模型等影响进行了考察.通过一系列的计算、分析,提出改进计算的方案,确定了适用于双体船水动力计算的参数,据此对双体船的阻力进行了计算,与试验结果比较...     

基于FLUENT的手术室流场分析研究

对一家医院Ⅰ级洁净手术室内气流速度场,温度场进行了模拟与分析,运用Fluent软件的前处理程序Gambit建立了简化的计算模型,运用工程上最常用的标准k-e模型,对不同的送风温度、送风速度、边界条件进行了Fluent模拟,模拟了洁净手术室内各点的温度、湿度、压强,并通过对不同状况模拟结果的比较来优化其送风参数.     

非定常拍动翼的水动力性能研究

拍动翼推进方式为水下机器人推进提供了更有效地选择,为了探究拍动翼的水动力性能,采用基于速度势的面元法对非定常拍动翼在特定运动规律下产生的水动力进行了计算,通过与相关实验数据的对比,同时采用计算流体力学FLUENT软件进行了计算并且将结果进行比较,结果的变化趋势一致,最小误差只有11%,充分验证了面元法计算的可靠有效性.通过对拍动翼水动力计算结果的研究,分析了各个运动参数包括来流速度、运动幅值、相位差和运动频率对拍动翼水动力性能的影响.     

基于Hopf振荡器的仿生机器魟鱼胸鳍波形控制算法

为了获得与生物魟鱼胸鳍相近的推进波形和游动性能,提出基于Hopf振荡器的仿生中枢模式发生器（CPG）胸鳍波形控制策略. 针对仿生机器魟鱼的结构与游动特征,利用20个Hopf振荡器耦合构建中心式CPG拓扑网络模型;通过输入参数幅值、频率和波数,控制该拓扑网络模型输出仿生机器魟鱼定常巡游、加速游动和机动转弯3种游动模式下胸鳍波形的动态位置信号. 通过仿真验证了该拓扑网络模型能够快速响应输入参数的变化,稳定输出平滑、连续的动态位置信号. 通过试验研究该拓扑网络模型控制仿生机器魟鱼胸鳍波动的可行性以及网络的输入参数对仿生机器魟鱼游动性能的影响. 试验结果表明,该模型能够稳定地输出耦合的波形信号,控制仿生机器魟鱼鳍面形成与生物鱼相似的推进波形,实现各游动模式以及各游动模式间灵活平滑地切换.