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《哈尔滨工程大学》 2019年
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仿企鹅扑鳍推进水动力性能的数值预报研究

刘焕龙  
【摘要】:扑鳍式海洋生物像企鹅、海龟、海狮等使用胸鳍作为主要的推进器官,其姿态的操纵与控制都是通过鳍的摆动产生推力和升力实现的,具有很高的推进效率。企鹅具有优美的流线型轮廓,游动速度快,水下捕鱼机动灵活,其优异的扑鳍推进与操纵性能非常值得研究人员开展深入研究。本文通过建立仿企鹅模型,运用数值模拟方法进行了仿企鹅扑鳍推进水动力性能的相关研究。首先,论文结合美国DARPA潜艇模型SUBOFF的试验模型及试验数据,验证了基于STAR-CCM+软件预报水下航行体水动力性能的适用性和计算精度,在此基础上通过建立仿企鹅模型,并进行首部和尾部优化设计,对仿企鹅模型进行阻力数值研究,分析三个模型的阻力和阻力系数,确定了仿企鹅模型的外形设计。然后,为了验证STAR-CCM+软件预报扑翼运动水动力性能的适用性和计算精度,采用Read在MIT所做的NACA0012剖面翼型扑翼实验模型作为研究对象,通过STAR-CCM+软件对二维翼型进行基于升力模式的数值研究,探讨了斯特罗哈尔数St对其水动力性能的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了数值计算方法的适用性;在此基础上,对仿企鹅胸鳍模型进行了基于升力模式的水动力性能预报研究,探讨了来流速度、频率、俯仰振幅、拍动振幅对其水动力性能的影响。最后,论文对仿企鹅胸鳍模型进行了阻力模式的扑鳍运动数值模拟研究,通过设计胸鳍运动模型,探讨了来流速度、频率、划动振幅对其水动力性能的影响。通过对仿企鹅基于升力模式和阻力模式的扑鳍推进数值研究,发现基于升力模式的扑鳍运动具有更高的推进效率,最大为0.63。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:U661

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【参考文献】
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