面向AUV自主回收的拖曳装置水动力特性研究

本文根据无人水面艇(USV)回收自主水下机器人AUV需求,设计了一款V型拖曳装置(V型翼)。通过STAR-CCM+流体仿真分析软件,在航速3 kn情况下,采用空间拘束法求解了V型翼的部分水动力系数,建立了V型翼水动力模型,并进行运动稳定性分析。外场试验数据分析结果显示,稳定拖曳状态下,舵角和V型翼纵倾角具有响应关系,对其进行公式推导,将计算值与实测数据进行对比,两者吻合程度较好。     

基于动力定位应用的直翼推进器水动力特性分析

直翼推进器具备良好的操纵性及机动性,适用于有较高动力定位控制要求的船舶。文章分析了直翼推进器的工作原理,并结合实船选型及安装情况进行了水动力特性初步分析,该结果可为后续动力定位控制策略和算法研究以实现推力最大化或效率最大化提供参考。     

鱼雷形水下机器人水动力试验研究

水下机器人的水动力参数是建立其空间运动数学模型的重要基础,文章对某鱼雷外形的水下机器人,在循环水槽进行了模型水动力试验,得到水下机器人阻力曲线、绘制出了水平斜航和垂直斜航受力随攻角和漂角变化的曲线并将其回归成与漂角或攻角相关的表达式,得到了与操纵性能相关的主要水动力系数,在此基础上对水下机器人的运动稳定性进行了分析,研究结果表明水下机器人能够满足运动稳定性的要求,同时试验得到的水动力参数为水下机器人的操纵性分析及运动控制提供依据.     

水滴型回转体带尾导管的水动力特性研究

过去在鱼雷型回转体上加尾导管的操纵性模型试验研究表明，尾导管使回转体的静稳定性显著降低，而DARPA的SUBOFF模型试验结果却显示，潜艇类回转体(主体)加尾导管(尾附件)对回转体的静稳定性没有不利的影响，而且还提高了回转体的运动稳定性。本文通过模型试验对水滴型回转体加尾导管的静稳定性以及导管的水动力特性进行了精细的研究，同时，结合CFD工具对回转体绕流进行的机理分析，得出了尾导管对主体静稳定性影响的基本结论：在有攻角的情况下，主体近表面的绕流特性主要由势伴流控制，当导管尺寸相对比较小时，尾导管的实际有效来流攻角与名义来流攻角符号相反，而产生不稳定的力矩，导致主体静稳定性反而下降。     

复杂构型潜器水动力特性的试验研究

通过模型试验的方法,利用循环水槽和平面运动机构,测定了不同附体位置情况下的复杂构型潜器的主要水动力系数,分析了附体位置变化对水动力系数的影响,对潜水器设计中附体位置的优化、多体潜水器设计及水下多体装置间的协同工作具有参考价值.     

面向一体化系统的USV水面回收AUV的水动力特性分析

针对未来高效的海洋作业方式,提出一种基于AUV(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)和USV(Unmanned Surface Vehicle,USV)的一体化作业系统。基于一体化系统,设计了一种USV水面动对动回收AUV作业流程。以某便携式AUV为研究对象,仿真分析其在水面稳定航行特性,建立其相应的水动力模型,并经过外场试验验证了水动力模型和仿真结果的准确性和可靠性。以三体船型USV为仿真模型,分析USV航行尾流对其后方AUV航行在垂直面上三自由度的影响,通过仿真对比15种工况,得出USV速度、AUV速度以及舵角与回收可靠性之间的关系。     

水下导航拖曳载体水动力性能分析

三体船型适合作为水下导航系统的载体平台,其主体对整个载体的稳定性有较大影响。采用数值计算的方式分析主体封闭和开敞条件下,载体在静水拖曳直航工况下的水动力性能。结果表明:封闭主体与迎流有一个较大的接触角度,使得来流在主体前方的迎流区形成一个很大的流动停滞区,不利于载体的纵向稳定。当主体采用全开敞结构时,流体在整个舱室内几乎没有流动停滞区和飞溅,对应的载体稳定性相对较高,且压差阻力在总阻力中发挥主导作用。随着Fr值的增大,载体的横倾幅值不断增大,但变化不大。载体的纵向稳定性受Fr的影响较大,且在Fr的值接近0.428时,纵倾值突变到4.8°左右。     

水下拖缆稳态运动特性计算方法及应用分析

水下拖缆拖曳运动时的受力分析是拖缆系统设计的关键因素.建立拖缆稳态运动的动力学微分方程,将拖缆受到的流体力分为切向力和法向力,水动力系数的准确求解决定了拖缆的位形和受力计算准确性.采用有限体积法离散标准k-ε湍流方程求解拖缆的水动力系数,水动力系数与攻角和Re有关.数值计算的结果与相关实验数据比较表明水动力系数的求解方...     

近壁面水动力干扰下的AUV运动控制研究

按自治式水下机器人(AUV)需要接近水下工作站并实现坐落的要求,依据平壁面对AUV水动力干扰的力学机理,建立了AUV在平壁面附近运动时的数学模型,并设计了五个自由度运动PID控制器.在海流影响下,通过系统仿真,实现了AUV的五自由度运动控制和准确坐落,仿真结果验证了控制策略的可行性.     

AUV自主收放装置结构及控制系统设计

AUV技术对于提高海洋资源环境的勘测和开采效率具有重要意义。在AUV收放过程中,传统的回收方式是在母船上起吊回收,人为参与完成挂钩任务,这种方式受风浪的影响较大。为了提高AUV的使用保障能力,需要针对AUV的自主收放技术展开研究。基于AUV良好的实时性、连续性及可移动性的特点,本文设计一套AUV自主收放装置,可用于AUV的自动布放及回收。该装置由固定架、控制台、吊机装置、绞车、定滑轮、钢丝绳、收放架等组成。设计各部分的机械结构,并通过系统校核验证结构设计的合理性。同时,设计AUV收放存储装置控制系统,实现对机械液压执行器的精密控制、传感器的数据采集、系统状态参数显示、试验参数调整、工作状态监控和安全报警等功能,能够对控制系统的控制流程进行辅助判断和安全保障。解决了传统AUV收放技术的难题,提高了AUV收放的智能化水平。     

首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究

升力体技术已被CFD、缩比模型试验和实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可减小船舶在波浪中的运动响应,提高船舶耐波性。该文以数值计算为主要技术手段,结合模型试验验证,开展了首升力体、首鳍/尾板与船体水动力相互干扰与匹配研究。首先,采用自由船模拖曳的数值模拟方法,开展了基于快速性的首升力体与船体位置匹配研究,获得了首升力体在船体上的较佳位置;其次,对首升力体加装首鳍,分析了首升力体、首鳍组合与船体水动力相互干扰,获得了复合初步船型方案;再次,对复合初步船型方案加装尾板,讨论了首升力体、首鳍、尾板组合与船体水动力相互干扰,获得了复合优化船型方案;最后,对复合优化船型方案在规则波中的运动响应进行数值预报与对比分析,并预报不规则波中的减摇效果。文中的研究成果可为后续首升力体在单体船上的应用提供技术支撑。     

操纵运动船艇水动力计算方法研究

船艇水动力的计算方法目前主要有模型实验法、理论经验估算法和计算机模拟法.为了更好地预报船艇水动力性能,运用不同方法对2种典型船艇在不同漂角下运动时横向力进行计算,并对各自结果进行了对比分析,得出各种计算方法的优缺点.研究表明,流体计算软件(Fluent)精度较高,计算速度快,能解决人脑有时不能解决的问题.同时,Fluent计算软件为船艇水动力性能的预报等研究提供良好的方法和有益的探讨.     

半无限开敞水域船舶水动力系数问题研究

在解决三维浮体靠泊的水动力问题时,正确处理浮体和壁面之间的相互作用是分析计算的关键所在。文章运用边界元法和叠加格林函数法对箱型浮体的靠泊问题进行求解,通过与SESAM软件对比分析浮体水动力系数的结果,验证这种方法编写的程序计算结果的精确度。并通过改变浮体与壁面之间的距离,计算壁面对三维浮体的影响,并对计算结果进行分析。     

Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究

首先针对圆形实板以及不同透空率下垂荡板作受迫正弦振荡的水动力特性进行了数值模拟研究,得到垂荡板作正弦振荡的阻力和附加质量系数,进而分析得出透空率对垂荡板阻尼及附加质量的影响规律;其次比较了相同透空率情况下不同小孔数目对垂荡板水动力特性的影响,并比较了不同形状垂荡板的水动力特性;最后还对双板之间的间距进行了优化计算.在此基础上综合考虑垂荡板受迫振荡水动力特性,为深水Spar平台的垂荡板优化设计提供技术指导,使其能够有效地改善Spar平台的垂荡运动性能.     

船用首升力体水动力影响分析研究

首升力体技术已被CFD、缩比模型试验、实船试验证实,在零航速与有航速情况下均可降低船舶运动,提高船舶耐波性.本文采用VOF方法捕捉自由液面,对有自由液面情况下,不同攻角、不同浸深和不同航速的首升力体,计算了首升力体的升力、阻力和自由面兴波等.     

评估水动力系数对潜艇操纵性影响的一种方法

基于潜艇的空间运动方程,引入了敏感性指数的概念,选取水平面z型操舵机动、垂直面梯形操舵机动和水平面定常回转运动三种典型运动形式作为研究对象,就水动力系数对操纵性影响进行了评估,并通过对某型潜艇的仿真计算,验证了该评估方法的可行性.     

余热锅炉自然循环水动力计算软件编制及应用

针对传统余热锅炉水动力计算软件的局限性,同时兼顾到软件的交互性、通用性以及可扩展性的要求,以归纳的通用水动力数学模型,基于面向对象程序设计方法建立了各管段计算模块,通过使用 C ＋＋编程语言编制了计算软件。实例应用表明：该软件能适应复杂锅炉在不同热负荷、不同结构设计下的水动力计算要求,使用灵活方便,计算结果可为优化设计提供理论支持。