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《华南理工大学》 2017年
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基于动网格与滑移网格混合技术的水下机器人与导管螺旋桨水动力数值研究

钟乐  
【摘要】:采用动网格与滑移网格混合技术,运用弹簧光顺与局部网格重构的组合式动网格网格更新方式来进行网格更新,在水下机器人系统所处流域以计算流体力学方法求解其N—S方程。以此研究水下机器人系统在不同运动状态下的水动力特性和各位置螺旋桨的推力特性。数值模拟结果与模型实验结果比较表明:利用动网格与滑移网格混合技术进行水动力特性研究是可行的,所获得的数值解在一定程度上反映了水下机器人系统真实的水动力变化规律以及变化趋势,可以作为模型试验的补充。导管螺旋桨在不同的运动形式下,螺旋桨盘面所感受到的水流进速不同,使得螺旋桨叶切面水动力螺距角不同,造成螺旋桨所产生的轴向诱导速度不同,最终导致导管螺旋桨发出不同的推力。水流进速越大,水动力螺距角越小,螺旋桨产生的轴向诱导速度越小,则推力越小。反之,则越大。水下机器人系统在不同运动状态下,主体对周围的流场产生明显的影响:在逆向运动,螺旋桨反转时,由于主体对水流的阻塞作用和外扩作用,造成后桨、左桨、右桨所发出的推力都较单桨大;在正向运动,螺旋桨正转时,在主体两侧形成负伴流,使得两侧的螺旋桨发出的推力减小;主体对水流的阻塞作用,造成后方区域的水流减缓,使后方螺旋桨发出的推力增大;在进行深沉运动、二维直线运动、二维圆周运动、三维圆周运动时,机器人主体对导管螺旋桨的推力特性产生显著影响。利用Fluent提供的六自由度求解器,采用动网格技术,研究受海流影响下、受到不同外力作用时水下机器人系统的运动特性。数值计算结果表明:随着海流速度的增加,水下机器人运动的不稳定性逐渐增加,在运动后期会出现明显的偏航,且发生偏航的距离点随着海流速度的增加而提前;随着推力的增加,位移轨迹曲线的曲度逐渐减小,由曲线逐渐过渡为直线;顺向海流影响下水下机器人运动的稳定性明显高于逆向海流影响时的运动稳定性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U661.313

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