太阳能水下滑翔机器人载体的水动力计算

【摘要】：本文研究的太阳能水下滑翔机器人(Solar Underwater Glider),是一款新型观测类水下航行器,其自身搭载的太阳能光伏发电系统可为长航提供动力。太阳能水下滑翔机器人具有作业范围广、连续作业时间长、能耗低等特点。水下航行器的水动力系数是衡量水下航行器操纵性能的重要指标,因此,获取太阳能水下滑翔机器人的水动力系数具有重要意义。 首先,本文采用ANSYS CFX流体分析软件对太阳能水下滑翔机器人进行了低速风洞试验数值模拟,并对所得位置力相关水动力数据进行MATLAB非线性拟合,获得位置力相关水动力系数,并通过对太阳能水下滑翔机器人的低速风洞试验数值模拟的后处理,分析了部分工况下太阳能水下滑翔机器人的表面压力分布与变化情况,及其周围水域流场的变化情况。 其次,本文对太阳能水下滑翔机器人进行了旋臂水池试验数值模拟,并对所得旋转力与耦合力相关水动力数据进行MATLAB非线性拟合,从而获得太阳能水下滑翔机器人旋转力与耦合力相关水动力系数,并通过对太阳能水下滑翔机器人的旋臂水池试验数值模拟的后处理,分析了部分工况下太阳能水下滑翔机器人的表面压力分布与变化情况,及周围水域流场的变化情况。 最后,本文采用在太阳能水下滑翔机器人的水域流场中添加附加动量源的方法,进行了太阳能水下滑翔机器人非稳态试验数值模拟,从而获取太阳能水下滑翔机器人的惯性类水动力,并对所得水动力数据进行傅里叶变换,获得了相关附加质量。 【关键词】：太阳能 水下滑翔机器人 ICEM CFX 光伏系统
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• 英文摘要6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 相关研究综述10-16
• 1.2.1 水下滑翔机器人研究综述10-13
• 1.2.2 水动力研究综述13-16
• 1.3 论文主要研究内容16-17
• 第二章 粘性类水动力的基本理论和数值方法17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 CFD数值计算的基本原理17-21
• 2.2.1 控制方程18-19
• 2.2.2 湍流模型19-20
• 2.2.3 湍流模型的应用20-21
• 2.3 CFD数值计算的基本流程21-28
• 2.3.1 流域参数设置21-22
• 2.3.2 网格参数设置22-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 基于运动变换的粘性类水动力计算29-60
• 3.1 引言29
• 3.2 粘性类水动力概述29-32
• 3.2.1 粘性类水动力分类29-30
• 3.2.2 粘性类水动力的非线性表达30-31
• 3.2.3 粘性类水动力试验研究方法31-32
• 3.3 基于旋转坐标系的粘性类水动力计算32-35
• 3.3.1 位置力计算方法32-33
• 3.3.2 旋转力和耦合力计算方法33-35
• 3.4 数值模拟仿真35-59
• 3.4.1 太阳能水下滑翔机器人模型参数35-36
• 3.4.2 低速风洞试验数值模拟36-44
• 3.4.3 旋臂水池试验数值模拟44-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 基于附加动量源的惯性类水动力计算60-75
• 4.1 引言60
• 4.2 惯性类水动力概述60-63
• 4.2.1 惯性类水动力的理论表达60-61
• 4.2.2 附加质量的理论表达61-63
• 4.3 太阳能水下滑翔机器人随体坐标系下的N-S方程63-66
• 4.4 附加动量源66
• 4.5 惯性类水动力计算参数设置66-67
• 4.5.1 网格划分与流域参数设置66-67
• 4.5.2 流域动量源参数设置67
• 4.6 太阳能水下滑翔机器人附加质量计算67-74
• 4.6.1 附加质量λ_(11)计算67-69
• 4.6.2 附加质量λ_(22)计算69-70
• 4.6.3 附加质量λ_(33)计算70-71
• 4.6.4 附加质量λ_(55)计算71-73
• 4.6.5 附加质量λ_(66)计算73-74
• 4.7 本章小结74-75
• 第五章 结论75-76
• 参考文献76-79
• 在学研究成果79-80
• 致谢80

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