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波浪滑翔机的水动力分析

胡合文  
【摘要】:为了解海洋环境变化,人们在海洋中建立了如锚泊浮标、潜标等固定式海洋观测设施,测量波高、海流、水温、潮位、风速、气压等水文气象要素。这些设施可以解决某一特定海域的定点观测,但无法完成移动观测,如台风,季风区域的跟踪、海洋生物的迁徙跟踪、非已方控制敏感海域的水文调查等。作为一种新概念的海洋航行器,波浪滑翔机的出现为这些问题提供了一个新的解决方案。由于其依靠波浪上下运动驱动翼板获得前向推进力,具有效率高、续航力大的特点,这使得波浪滑翔机在海洋观测领域具有十分广阔的前景。本文以波浪滑翔机为研究对象。从运动机理、运动规律、水动力性能等方面对波浪滑翔机做了比较全面的研究。首先,本文基于RANS方程湍流模型、选用SST k-ω模型、采用动网格的方法,利用经过二次开发的CFD软件FLUENT对二维串列水翼展开了串列水翼的水动力性能分析。对比了常用的NACA0012翼型和不同厚度薄板翼型之间的推力性能,对水翼进行了选型;然后从水翼的布置方面出发,重点研究了水翼的数量、水翼间距、最大转动角对串列水翼性能的影响;并重分析了二维6串列水翼的转动规律和不同工况下的平均推力系数。其次,对波浪滑翔机运动过程和受力情况进行详细分析,并在此基础之上探索出一种使用AQWA和FLUENT软件相结合的计算方法,对波浪滑翔机在各种工况下的推力性能进行了定量化的评估,为以后的水池实验提供了相应的理论数据参照。最后,在前期理论计算和其他方面研究成果的基础上,顺利完成了实验样机的制作和样机水池试验。通过实验验证了基于纯波浪能推进型载体的可行性,掌握不同波浪条件下波浪滑翔机的推进性能,为深化样机研究奠定基础。


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