水下滑翔机外形设计与水动力计算.pdf

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1、第39卷第3期舰船科学技术Vol.39,No.32017年3月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYMar.,2017水下滑翔机外形设计与水动力计算杨磊，曹军军，姚宝恒，连琏(上海交通大学船舶与海洋工程国家重点实验室，上海200240)摘要:水下滑翔机是一种不依靠外部推进装置的水下自主航行器，它通过改变净浮力和浮心位置进行运动，因此要求其具有优良的水动力性能。本文介绍实验室所研制的水下滑翔机的外形设计，对水下滑翔机斜航运动与定常回转运动水动力进行数值计算，并实施拖曳试验，其计算结果与试验结果吻合较好。同时，在湖泊试

2、验中水下滑翔机相继完成了多组锯齿运动和螺旋下潜运动，进一步验证水动力计算结果的准确性，满足工程应用的要求，其结果对水下滑翔机的设计具有一定的指导和借鉴意义。关键词：水下滑翔机；水动力系数；拖曳试验中图分类号：U661.33；P715.5文献标识码：A文章编号：1672–7619(2017)03–0107–06doi：10.3404/j.issn.1672–7619.2017.03.022Configurationandhydrodynamicperformancecalculationofanunderwaterglider

3、YANGLei,CAOJun-jun,YAOBao-heng,LIANLian(NavalArchitectureandOceanEngineeringNationalLaboratory,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:Underwaterglidersareaclassofautonomousunderwatervehicleswhichdon'tuseexternalactivepropul-sionsystems.Bychangingi

4、tsnetbuoyancyandthecenterofbuoyancy,itcanglideinsawtoothmotionandspiralingmotion.Therefore,agoodhydrodynamicperformanceisextremelyimportanttodesignaglider.Theconfigurationofanunderwatergliderdesignedbyourlaboratorywasdescribedinthispaper.Thehydrodynamicsoftheglider

5、inlinearandturningmotionwerecalculatedbyCFDsoftware.Thecalculatedresultsareingoodagreementwiththetowingexperimentalresults.Fur-thermore,theglidercompletedaseriesofsawtoothmotionsandspiralingmotionsinthelakeexperiment.Itindicatesthatthehydrodynamicresultsareaccuracy

6、andsatisfytheengineeringrequirement.Theresultsprovideguidanceandreferenceforthedesignofanunderwaterglider.Keywords:underwaterglider；hydrodynamiccoefficient；towingexperiment0引言对滑翔机的外形设计与水动力性能进行了一系列的研究，但主要以Spray[4]，Slocum[5]和Seaglider[6]三种典型海洋资源和海洋空间的开发利用在我国的可持续滑翔机为设

7、计参考，在此基础上进行优化与改进，以发展中显得越来越重要，近年来，水下运载器在海洋满足工程应用，并获得更佳的水动力性能。环境研究、资源勘探等方面显示出巨大的应用价值[1]。水下滑翔机大多数时间是在深水中工作，因此大水下滑翔机是一种不依靠外部推进装置的水下自主航多数情况下不考虑自由液面、波浪对其运动的影响。行器，它通过浮力调节机构改变自身的净浮力和姿态水下滑翔机在水中运动时，所受到的水动力可以分为调节机构调整内部重心位置，从而实现了滑翔机在垂粘性水动力和惯性水动力两类，其中对水下滑翔机粘直面的锯齿运动和螺旋下潜运动[2]。因此

8、，优良的水性水动力系数的计算与分析是本文的重点。粘性水动动力性能对水下滑翔机操纵与运动至关重要。力系数主要有4种来源[7]，分别是根据母型估算；约束水下滑翔机由机体、机翼及附体3个部分组成[3]。模型试验；CFD数值计算；实航数据的系统辨识。其随着国家对海洋领域投入大量资金与精力，国内学者