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基于面元法的拍动翼水动力性能计算

作　者: 李宁宇
导　师: 苏玉民
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 拍动翼效率水动力性能面元法
分类号: U674.941
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 75次
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内容摘要

拍动翼推进通过仿生水翼的使用，以类似鱼类或水生动物游动的方式实现水下机器人的推进和操纵，与传统的螺旋桨推进器相比，拍动翼推进可为水下机器人提供良好的操纵能力并具有较高的效率。目前，国内外学者对拍动翼的研究多集中在水动力性能分析与流场模拟方面，研究对象多为矩形翼或梯形翼，且对做拍、转耦合运动的三维拍动翼的效率计算还不够准确。本文依据海龟鳍状肢的真实形状建立拍动翼的几何模型，结合理论力学的基本理论，运用刚体绕定点运动的相关知识，提出做拍、转耦合运动的三维拍动翼的效率计算方法。以基于速度势的面元法为理论基础，编制相应计算程序，计算了一梯形翼和一矩形翼的平均推力系数和效率，并将计算结果与梯形翼的实验结果或矩形翼的Fluent数值模拟计算值进行比较分析，研究表明本文方法适用于做拍、转耦合运动的三维拍动翼的水动力性能计算。在此基础上，系统地分析了从拍动中心到翼根处的距离、相位差、转动幅度、来流速度、运动频率、拍动幅度等参数对拍动翼的水动力系数及效率的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 拍动翼的实验研究  9-11
  1.3 拍动翼的数值模拟  11-12
  1.4 采用拍动翼推进的水下机器人  12-14
  1.5 论文主要研究内容  14-17
第2章拍动翼的计算模型及运动分析  17-23
  2.1 拍动翼的几何模型及运动规律  17-20
  2.2 坐标转换及角速度的确定  20-21
  2.3 无因次参数  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章基于面元法的拍动翼水动力性能计算  23-35
  3.1 面元法概述  23-24
  3.2 解有升力问题面元法的基本公式  24-26
  3.3 数值方法  26-28
    3.3.1 基本方程的求解  26-27
    3.3.2 速度分布和压力分布的计算  27-28
  3.4 水动力的计算  28-30
  3.5 效率的计算  30-33
  3.6 本章小结  33-35
第4章拍动翼的水动力性能分析  35-71
  4.1 数值试验  35-38
    4.1.1 网格稠密度  35-36
    4.1.2 时间步长的选取  36-38
  4.2 方法验证  38-43
    4.2.1 梯形翼实验验证  39-41
    4.2.2 矩形翼 CFD 数值模拟验证  41-43
  4.3 水动力系数的脉动  43
  4.4 各参数对拍动翼水动力性能的影响分析  43-69
    4.4.1 从拍动中心到翼根处的距离对拍动翼水动力性能的影响  43-46
    4.4.2 相位差对拍动翼水动力性能的影响  46-51
    4.4.3 转动幅度对拍动翼水动力性能的影响  51-56
    4.4.4 来流速度对拍动翼水动力性能的影响  56-60
    4.4.5 频率对拍动翼水动力性能的影响  60-65
    4.4.6 拍动幅度对拍动翼水动力性能的影响  65-69
  4.5 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-79
致谢  79

基于面元法的拍动翼水动力性能计算

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