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《实验尺度水下滑翔机机翼设计和水动力分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、实验尺度水下滑翔机的机翼设计与水动力分析宫宇龙，马捷，刘雁集，张凯（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200030）摘要：为获取优化的实验尺度水下滑翔机水平机翼外形，基于CFD方法建立了滑翔机仿真模型。分析了平板机翼各参数间的关系，结合滑翔机特性，将机翼的表征量简化为安装位置、后掠角、展长、展弦比和根梢比等5个设计参数。通过对比分析各参数对升阻比的影响，提出了一种适用于实验尺度滑翔机的高升阻比水平机翼。仿真研究了设计的机翼对滑翔机运动的影响，结果表明，滑翔机各状态变量快速收敛，保证了滑翔机在水池环境中的稳态滑翔时间。关键词：水下滑翔机，
2、平板翼型，机翼变量，FLUENT仿真中图分类号：U674.941文献标志码：A【DOI】FlatWingDesigningandHydrodynamicAnalysisfortheLaboratoryUnderwaterGliderGONGYu-long,MAJie,LIUYan-ji,ZHANGKai(StateKeyLaboratoryofOceanEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Togetabetterwingdesigningfo
3、rthelaboratoryunderwaterglider,asimulationmodelwasmadebasedonCFD.Aftertheanalysisofdifferentparametersofthewingandthecharactersofglider,thefiveparametersasposition,angle,lengthofthewing,aspectratio,rootshootratioareselectedtobecomparedforthedesigning.Afterthecomparison,apla
4、twingwithhigherlift-dragratioforthelaboratoryunderwatergliderwasdesigned.Theexperimentwiththenewplatwingindicatedthatthenewdesignworkedbetterandguaranteedthestabilityoftheunderwaterglider.Keywords:underwaterglider;platwingdesign;wingparameters;FLUENTsimulation0引言实验尺度的滑翔机机体较
5、小，可在常规水池内完成稳态滑翔运动，便于研究滑翔机的参数辨识与控制等。目前，实验尺度滑翔机主要有ROGUE、GUPPIE、SNU及FISH-LIKE等[1]。N.E.Leonard,J.G.Graver[2]于ROGUE研究了LQR控制方法在滑翔机上的应用。D.C.Seo,G.Jo[3]CFD方法计算了SNU-Glider的水动力参数，分析了俯仰姿态调节性能。F.T.Zhang,J.Thon[4]立了FISH-LIKE滑翔机动力学模型，计算了相关水动力参数，并进行了实验研究。以上样机都没有对水平机翼进行特殊设计。机翼是易耗品，加工成本越低越好
6、[5]。平板型滑翔机机翼具有设计加工简单，安装方便，可替换性强等优势。目前国内外对滑翔机平板翼研究较少，没有一套成型的参数，研究平板型水下滑翔机机翼的参数设计具有较高的理论及实际意义。1模型设计要确定水平平板机翼的结构，需要确定图1(a)中所示的各项参数，参数的定义见表1。若对每一个参数都进行对比分析会使计算数组大大增加，增加不必要的工作量，可通过研究参数关系对参数进行筛选。经过分析可知机翼各参数之间有如下关系：（1）因此翼梢弦长、翼根弦长和展长三个参数中只需分析展长参数，并通过计算求出其他两个参数。机5翼前段后掠角χ0确定后，机翼后缘后掠角
7、χ1随之确定，因此可省去χ1的分析。L、R、a是滑翔机主体参数，本文选取L为667mm，R为100mm，a为2mm。由于滑翔机的半径相对于展长较小，在计算中可以忽略。综上所述，可将模型简化成图1(b)所示的模型。由此确定滑翔机机翼主要设计参数为安装位置、展长、展弦比（λ）、根梢比（η）、后掠角（χ0）。通过对不同模型计算出的升阻比关系进行对比，筛选出最优的参数。(a)简化前参数(b)简化后参数图1水下滑翔机机翼参数表1各部分参数参数意义参数意义L/mm机身长度χ0后掠角R/mm机身直径H/mm展长a/mm机翼厚度λ展弦比L1/mm相对安装位置
8、S/mm2有效面积b0/mm翼梢弦长η根梢比b1/mm翼根弦长2基于CFD的模拟与模型计算本文的仿真软件基础为FLUENT，滑翔机设计巡航速度为0.3m/s，为低雷
