水下滑翔机水动力性能分析及滑翔姿态优化研究

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1、A辑第22卷第6期2007年11月Ser.A,Vol.22,No.6Nov.,2007水动力学研究与进展JOURNALOFHYDRODYNAMICS文章编号:1000-4874(2007)06-0703-06水下滑翔机水动力性能分析及滑翔姿态优化研究赖马冬梅，马峥，张华，姚惠之（中国船舶科学研究中心，无锡214082）摘要：水下滑翔机是一种新型的无人运载器，具有低阻力、长航程、长续航力特点，其独特的设计显示出了极大的优势。文中采用数值模拟方法计算了不同速度不同攻角悄况下水下滑翔机的阻力、升力及对于浮心的俯仰力矩,对其周国流场水动力学性能进行了分析，并通过流场的流动结构研究了受力

2、随滑翔姿态变化的规律。从做功的角度捉出了滑翔姿态的优化冃标函数，得出水下滑翔机模型髙效滑翔姿态角的控制规律。关键词：水下滑翔机;水动力学性能;滑翔姿态优化中图分类号：TV131.2文献标识码：AHydrodynamicanalysisandoptimizationontheglidingattitudeoftheunderwatergliderMADong-mei,MAZheng,ZHANGHua,YAOHui-zhi(ChinaShipScientificResearchCenter,Wuxi214082,China)Abstract:Theunderwaterglideri

3、sanewkindofautonomousunderwatervehicle.Ithasmanyadvanuigessuchasalowenergycost,andalongendurance,alongoperationalrangewithitsuniquedevice.Inthispaper,thelifts,thedragsandthemomentsatthedifferentvelocitiesandthedifferentattackanglesarecalculatedusingnumericalmethod・Thehydrodynamicperformances

4、areanalyzedandhowtheforceschangewiththeglidingaltitudeisstudiedaccordingtotheflowstructure.Guidelinetoenhancetheglidingefficiencyisproposedaccordingthetransferefficiencyfromtheconsumedworktotheavailablework.Thus,theglidingattitudeisoptimized.Keywords：theunderwaterglider;hydrodynamicperforma

5、nce；optimizationontheglidingattitude1引言重要物质来源，同时海洋又具有举足轻重的军事战略意义c在海洋开发的热潮及现代化战争呈现“信息化海洋是一座天然宝藏，是人类实现可持续发展的局部战争”态势下，水下无人运载器越来越为先进国•收稿日期：2007-04-16（2007-10-11修改稿）作者简介：马冬梅（1971-）,女，哈尔滨市人，工程师，硕士。家所重视。水下滑翔机就是近年来诞生的一种令人耳目一噺的无人潜航器，其独特的设计显示出了极大的优势。它不需要任何燃料作为动力，可长时间续航，其续航力是以月和年计Ch23]o自1989年HenryStomm

6、el提出“水下滑翔机”的概念以來⑷，各种各样的水下滑翔机纷纷问世,为无人运载器在军用及民用领域的应用谱写了崭新的篇章。美国许多高校和海洋研究所联合研制开发了几种类型的水下滑翔机，代表『水下滑翔机研究的最高水平。主要包括：ROGUE、SLOCUM、SPRAY和SEAGLIDER卜⑹。总体來说，除用于实验研究的ROGUE外，其他水下滑翔机的机体尺寸和重屋相差不多，体长2m左右，乘约50kg,而且机身形状都属于细长回转体，这种设计既可以保证一定的装载量和续航力来完成其任务，同时尺寸小，阻力低。上述机构还对水下滑翔机运动及控制特性进行了研究，并对其运动路径进行数值仿真，基本上弄清了运动

7、及控制的规律。山于处在概念设计阶段，涉及到机体的升力和阻力一•般依靠试验或经验公式来确定。然而这种仅仅依靠电池驱动的水F滑翔机需要获得长航程和高续航力，除了需要配备高能电池外，最联要的是要提筒滑翔效率，而升力和陌力是决定效率的关键因素。前人曾对潜艇、水面船的水动力学机理进行了深入地研究⑴小），而水F滑翔机的运动原理比较独特，其水动力学性能也会有一定茎异°为此非常必要进行水下滑翔机的水动力学特性研究•带确预测水下滑翔机的升力、阻力随剩余浮力及重心变化的规律，继而进行水动力外形设计和优化，降低阻