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《實(shí)驗(yàn)尺度水下滑翔機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)和水動(dòng)力分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、實(shí)驗(yàn)尺度水下滑翔機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)與水動(dòng)力分析宮宇龍，馬捷，劉雁集，張凱（上海交通大學(xué)海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200030）摘要：為獲取優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)尺度水下滑翔機(jī)水平機(jī)翼外形，基于CFD方法建立了滑翔機(jī)仿真模型。分析了平板機(jī)翼各參數(shù)間的關(guān)系，結(jié)合滑翔機(jī)特性，將機(jī)翼的表征量簡化為安裝位置、后掠角、展長、展弦比和根梢比等5個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。通過對(duì)比分析各參數(shù)對(duì)升阻比的影響，提出了一種適用于實(shí)驗(yàn)尺度滑翔機(jī)的高升阻比水平機(jī)翼。仿真研究了設(shè)計(jì)的機(jī)翼對(duì)滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)的影響，結(jié)果表明，滑翔機(jī)各狀態(tài)變量快速收斂，保證了滑翔機(jī)在水池環(huán)境中的穩(wěn)態(tài)滑翔時(shí)間。關(guān)鍵詞：水下滑翔機(jī)，
2、平板翼型，機(jī)翼變量，F(xiàn)LUENT仿真中圖分類號(hào)：U674.941文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A【DOI】FlatWingDesigningandHydrodynamicAnalysisfortheLaboratoryUnderwaterGliderGONGYu-long,MAJie,LIUYan-ji,ZHANGKai(StateKeyLaboratoryofOceanEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Togetabetterwingdesigningfo
3、rthelaboratoryunderwaterglider,asimulationmodelwasmadebasedonCFD.Aftertheanalysisofdifferentparametersofthewingandthecharactersofglider,thefiveparametersasposition,angle,lengthofthewing,aspectratio,rootshootratioareselectedtobecomparedforthedesigning.Afterthecomparison,apla
4、twingwithhigherlift-dragratioforthelaboratoryunderwatergliderwasdesigned.Theexperimentwiththenewplatwingindicatedthatthenewdesignworkedbetterandguaranteedthestabilityoftheunderwaterglider.Keywords:underwaterglider;platwingdesign;wingparameters;FLUENTsimulation0引言實(shí)驗(yàn)尺度的滑翔機(jī)機(jī)體較
5、小，可在常規(guī)水池內(nèi)完成穩(wěn)態(tài)滑翔運(yùn)動(dòng)，便于研究滑翔機(jī)的參數(shù)辨識(shí)與控制等。目前，實(shí)驗(yàn)尺度滑翔機(jī)主要有ROGUE、GUPPIE、SNU及FISH-LIKE等[1]。N.E.Leonard,J.G.Graver[2]于ROGUE研究了LQR控制方法在滑翔機(jī)上的應(yīng)用。D.C.Seo,G.Jo[3]CFD方法計(jì)算了SNU-Glider的水動(dòng)力參數(shù)，分析了俯仰姿態(tài)調(diào)節(jié)性能。F.T.Zhang,J.Thon[4]立了FISH-LIKE滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算了相關(guān)水動(dòng)力參數(shù)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。以上樣機(jī)都沒有對(duì)水平機(jī)翼進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。機(jī)翼是易耗品，加工成本越低越好
6、[5]。平板型滑翔機(jī)機(jī)翼具有設(shè)計(jì)加工簡單，安裝方便，可替換性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。目前國內(nèi)外對(duì)滑翔機(jī)平板翼研究較少，沒有一套成型的參數(shù)，研究平板型水下滑翔機(jī)機(jī)翼的參數(shù)設(shè)計(jì)具有較高的理論及實(shí)際意義。1模型設(shè)計(jì)要確定水平平板機(jī)翼的結(jié)構(gòu)，需要確定圖1(a)中所示的各項(xiàng)參數(shù)，參數(shù)的定義見表1。若對(duì)每一個(gè)參數(shù)都進(jìn)行對(duì)比分析會(huì)使計(jì)算數(shù)組大大增加，增加不必要的工作量，可通過研究參數(shù)關(guān)系對(duì)參數(shù)進(jìn)行篩選。經(jīng)過分析可知機(jī)翼各參數(shù)之間有如下關(guān)系：（1）因此翼梢弦長、翼根弦長和展長三個(gè)參數(shù)中只需分析展長參數(shù)，并通過計(jì)算求出其他兩個(gè)參數(shù)。機(jī)5翼前段后掠角χ0確定后，機(jī)翼后緣后掠角
7、χ1隨之確定，因此可省去χ1的分析。L、R、a是滑翔機(jī)主體參數(shù)，本文選取L為667mm，R為100mm，a為2mm。由于滑翔機(jī)的半徑相對(duì)于展長較小，在計(jì)算中可以忽略。綜上所述，可將模型簡化成圖1(b)所示的模型。由此確定滑翔機(jī)機(jī)翼主要設(shè)計(jì)參數(shù)為安裝位置、展長、展弦比（λ）、根梢比（η）、后掠角（χ0）。通過對(duì)不同模型計(jì)算出的升阻比關(guān)系進(jìn)行對(duì)比，篩選出最優(yōu)的參數(shù)。(a)簡化前參數(shù)(b)簡化后參數(shù)圖1水下滑翔機(jī)機(jī)翼參數(shù)表1各部分參數(shù)參數(shù)意義參數(shù)意義L/mm機(jī)身長度χ0后掠角R/mm機(jī)身直徑H/mm展長a/mm機(jī)翼厚度λ展弦比L1/mm相對(duì)安裝位置
8、S/mm2有效面積b0/mm翼梢弦長η根梢比b1/mm翼根弦長2基于CFD的模擬與模型計(jì)算本文的仿真軟件基礎(chǔ)為FLUENT，滑翔機(jī)設(shè)計(jì)巡航速度為0.3m/s，為低雷
