| 一种基于低速、小振幅周期运动CFD数值模拟的水下滑翔机附加质量求解方法 |
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| 引用本文： | 张连洪,张宇航,杨绍琼,马伟,牛文栋,侯鹏荣.一种基于低速、小振幅周期运动CFD数值模拟的水下滑翔机附加质量求解方法[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2022(3):239-246. |
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| 作者姓名： | 张连洪 张宇航 杨绍琼 马伟 牛文栋 侯鹏荣 |
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| 作者单位： | 1. 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室;2. 天津大学青岛海洋技术研究院;3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋观测与探测联合实验室;4. 大连理工大学机械工程学院 |
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| 基金项目： | 国家重点研发计划资助项目(2019YFC0311803,2019YFC0311701)；;国家自然科学基金资助项目(11902219)；;天津市自然科学基金资助项目(18JCJQJC46400)~~； |
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| 摘 要： | 水下滑翔机在流体中变速运动会带动周围流体一起做变速运动,这一部分流体的质量称为水下滑翔机的附加质量.附加质量对水下滑翔机的动力学行为具有重要影响.本文提出了一种水下滑翔机附加质量求解方法,即利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对水下滑翔机在静止的无黏流体中低速、小振幅周期运动进行数值模拟,进而求得附加质量.使用商用CFD软件STAR-CCM+计算了海燕-L水下滑翔机的附加质量,与基于势流理论的H-S面元法计算结果相差5%以内;与水下滑翔机模型水池试验结果相比,除垂直于水下滑翔机机翼方向的附加质量λ22以外,其他附加质量的相对误差在6%以内,优于常规的平面运动机构试验的CFD数值模拟等其他求解方法.该方法只需要建模一次,在同一个流体域中模拟水下滑翔机的4种运动方式,监控其所受水动力和力矩,即可得到水下滑翔机的附加质量,极大提高了附加质量求解效率.同时,该方法能适用于任意尺寸、形状的水下滑翔机,对不同型号水下滑翔机水动力外形设计、动力学建模都具有较大的参考价值.
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| 关 键 词： | 附加质量 水下滑翔机 计算流体动力学 水池试验 |
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