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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:王金强,王聪,魏英杰,张成举.飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析[J].哈尔滨工业大学学报,2018,50(4):131.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201707084
WANG Jinqiang,WANG Cong,WEI Yingjie,ZHANG Chengju.Hydrodynamic characteristics and motion simulation of flying-wing dish-shaped autonomous underwater glider[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2018,50(4):131.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201707084
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飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析
王金强,王聪,魏英杰,张成举
(哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001)
摘要:
为提高碟形水下滑翔机的水动力性能和滑翔经济性, 提出一种新型飞翼式碟形自主水下滑翔机, 采用计算流体力学中SST(shear stress transmission)湍流模型对其流体动力特性进行分析, 得到其在0°~21°小攻角范围内升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数以及升阻比的变化规律.并与模型实验结果进行对比, 得出数值模拟结果与实验结果具有良好的一致性, 验证了数值计算方法的有效性, 且与传统水下滑翔机相比, 飞翼式碟形自主水下滑翔机具有更优的综合水动力性能和滑翔经济性能.对于其运动特性, 则基于多体动力学理论建立了该型水下滑翔机的动力学与运动学模型, 并考虑了其内部纵向、横向调位滑块移动速度以及浮力驱动系统压载质量变化速度等调节变化的影响, 代入数值仿真所得水动力系数, 对该型水下滑翔机锯齿滑翔和螺旋滑翔等两种典型水下滑翔运动进行运动仿真.结果表明, 该型水下滑翔机具有一定的运动稳定性, 从理论上验证了其水下滑翔的可能.
关键词:  水下滑翔机  流动仿真  运动仿真  水动力性能  计算流体力学
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201707084
分类号:P715.5
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(11672094)
Hydrodynamic characteristics and motion simulation of flying-wing dish-shaped autonomous underwater glider
WANG Jinqiang,WANG Cong,WEI Yingjie,ZHANG Chengju
(School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract:
To improve the hydrodynamic performance and gliding economy of general dish-shaped underwater vehicles, a newly flying-wing dish-shaped autonomous underwater glider has been designed in this paper.The SST (Shear Stress Transmission) flow model in the computational fluid dynamic mechanics has been used to investigate the hydrodynamic characteristics including drag coefficient, lift coefficient, moment coefficient and lift drag ratio from 0 to 21°.A good agreement is between the experimental results and the numerical results, and flying-wing dish-shaped autonomous underwater glider has more excellent hydrodynamic performance and gliding economy.In addition, the six-degree-of freedom dynamics and kinematics equations of motion has been presented based on the multi-body dynamics with considering the vary velocities of moving sliders and the pump system quality to simulate typical gliding movement characteristics.The simulation results illustrate that the flying-wing dish-shaped autonomous underwater glider has certain stability and possibility of underwater movement.
Key words:  underwater glider  hydrodynamic simulation  motion simulation  hydrodynamic characteristics  computational fluid dynamics

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