非正弦摆动对水翼水动力性能的影响

针对高斯特哈尔数(St)时水翼常规正弦摆动的性能不佳状况,基于CFD软件的RANS求解器和动态流体固体相互作用模块,数值研究了水翼多种非正弦的改进摆动对水翼性能的改善作用,及常规摆动性能降低的趋势和原因.计算结果表明:水翼常规摆动时,随St增大,尾涡由反卡门涡街逐渐变为单排涡列,引起了水动力迅速下降;随着最大攻角增大,性能降低的St临界点上升.在常规摆动性能大幅降低的St范围内,改进摆动可以有效提升水翼的推力和效率;改进摆动对有效攻角的调整变化越扁平,最大攻角小于20°时推力增幅越大,大于20°时越小.     

摆动频率影响扑翼推进水动力的数值仿真研究

通过建立简谐运动耦合的二自由度扑翼运动模型,基于动网格技术对水下扑翼推进水动力特性展开数值仿真研究。通过数值仿真发现：扑翼推进力和最大升力与扑翼摆动频率的平方近似成正比;摆动频率影响前沿涡和尾涡的产生和脱落,从而影响推力     

仿鱼类游动模式下的摆动翼水动力性能研究

以二维NACA0012水翼为计算模型,基于计算流体力学(CFD)方法,采用RNGk-ε湍流模型,利用动网格技术,数值计算了不同斯特哈尔数(St)下正弦摆动模式(SM)水翼的平均推力系数,通过与实验对比,验证了计算方法的有效性.基于鱼类身躯的柔性波动,建立了仿鱼类摆动模式(FM)水翼的动力学模型,探讨了不同侧向平移幅值下,两种模式水翼的推进性能.计算结果表明:FM水翼的平均推力始终大于SM水翼,侧向平移幅值为0.8c (c为水翼弦长)处,有最大增量7.2%.尾涡分析表明:侧向平移幅值较小时,两种模式水翼脱落涡呈反卡门涡街形式,FM水翼脱落涡强度高、耗散快;随着侧向平移幅值增大,涡系诱导作用增强,侧向射流增强.     

高频同相扰动信号对升沉扑翼水动力性能影响

为探究外界输入正弦扰动信号对升沉扑翼推进性能和尾涡结构的影响,采用数值模拟方法研究了在一个升沉扑翼的基础正弦输入信号中加入高频同相正弦扰动．数值计算结果表明：在大多数情况下,引入扰动增加了轴向推力,尤其是当基频为0.50 Hz时,外加12 Hz扰频促使轴向推力增加至原来的843.5%．计算结果证实：仅在基频较低的情况下,升沉扑翼能拥有良好的推进效率,随着基频或扰频的增大,扑翼推进效率均呈下降趋势．结果表明：当最低基频为0.50 Hz时,随着扰频的增加,尾涡结构在扰频为4 Hz情况下开始由无明显涡脱落模式转换为2S模式;当基频为0.75 Hz时,尾涡结构随着扰频的增加由2P模型转换为2S模式;在1.00,1.25,1.50,1.75Hz基频情况下,尾涡结构随着扰频的增加由2S模式变得杂乱．     

振荡翼改进模型的水动力性能分析

为了改善水翼的水动力性能,提高振荡翼的能量转化效率,基于传统运动模型提出了改进模型.利用Fluent建立了翼型的网格模型,并从水翼在运动过程中攻角(AOA)的变化及漩涡结构等方面分析了改进模型在不同运动参数下的水动力性能及能量转化效率.结果表明:改进模型在较长时间段内维持较大的升力系数,提高了水翼的水动力转化效率.与传统运动模型相比,在相同的最大攻角下,提出的改进模型有更好的水动力性能,且其能量转化效率超过40%.     

垂荡板水动力的数值模拟

将计算垂荡板的水动力问题简化为二维竖直平板的绕流问题，计算了在各种来流情况下垂荡板的受力，给出了在计算模型下流场后尾涡片的发展图景。与试验结果对比后发现，尽管计算模型和试验时的三维模型差距很大，但只需要调整计算条件，计算结果与试验结果即可较好地吻合。这表明，在类似的情况下对于不同形状的平板，存在可以简化到二维的可能。     

舵的布置对螺旋桨水动力性能的影响

为了研究大型水面船舶船-桨-舵干扰作用,探讨舵的布置设计原则,以某大型四桨两舵水面船舶为研究对象,采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法,基于滑移网格模型,建立了不考虑自由液面效应的船-桨-舵整体数值模拟计算模型,重点研究了舵的位置变化对螺旋桨水动力性能的影响.数值计算结果表明：对于四桨外旋船舶,外前桨的水动力性能对舵的横向和纵向位置移动不是很敏感,而内后桨则比较敏感;在一定范围内,内后桨的推力系数和扭矩系数随舵与船体中纵剖面的横向距离和纵向距离增大而减小.     

载人潜器水动力性能研究

 水动力性能是载人潜器的关键技术指标,特别是在总体设计阶段针对载人潜器进行水动力计算具有重要意义。研究了数值计算的方法,选取长细比为6：1 的椭球体为研究对象,开展了网格划分方式的研究,得出了计算结果,并将计算结果与实验值进行了对比。对比结果表明,该方法具有一定的精度,验证了数值计算方法的可行性。选取几个典型工况,针对轻载作业型载人潜水器水动力进行数值预报,得出了相关的水动力系数,为该载人潜器的总体设计提供了理论依据。     

动力气垫地效翼船的流体空气动力性能研究

文章简要阐述了动力气垫地效翼船的空气--流体动力设计特点和难点,及"天鹅"号地效翼船的试验研究。由于采取一系列措施,使艇在静垫升性、两栖性、耐波性与气动力配平和运动稳定性等方面,在船模与实船上均取得令人满意的结果。     

柔性扑翼水动力特性试验研究

为探究扑翼自身刚度和运动参数对其水动力特性的影响,依托仿生扑翼推进试验平台,实现扑翼的俯仰-升沉结合运动.使用六轴力/力矩传感器记录扑翼运动过程中的力学参数,同时利用高速相机记录扑翼运动情况;对力学数据进行均值化及归一化处理得出扑翼水动力特性随刚度及运动参数的变化规律;对图像进行处理,绘制出扑翼尾端点运动轨迹.试验结果表明:低刚度扑翼在低频下推力表现优异;扑翼刚度对推力稳定性起着重要作用;扑翼运动轨迹随着刚度增加,从杂乱无章演变为8字形,最终演变为弧线形.     

尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响

研究了尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响. 设计了一套摆尾仿生推进装置,实验分析了仿金枪鱼、仿海豚、仿白鲸3种尾鳍的推进性能. 同时采用数值方法对尾鳍的水动力性能进行了计算. 实验和数值结果表明,仿金枪鱼尾鳍的平均推力系数和输入功率系数最小,推进效率最高. 对尾涡的分析表明,仿金枪鱼尾鳍尾涡强度最弱,分布范围最小.     

改进型振荡水翼水动力试验及机理

针对不同前缘结构形式的三维水翼进行水动力模型试验,研究在不同摆动速度下水翼的水动力性能,分析不同波浪形前缘结构对水翼性能的影响.选取性能较优的波浪形前缘水翼与普通前缘水翼进行CFD数值模拟,对其流场进行分析,探究波浪形前缘结构对水翼边界流动的扰动机理.研究结果表明:随着摆动速度的增加,水翼的升力、阻力和扭矩都会有不同程度的增加;前缘波浪形水翼凸起的波幅和波长同时较大时对水翼性能的提升有较大的影响;前缘波浪结构能有效减弱水翼吸力面涡流分离对整体性能的扰动,沟槽内的流动对水翼尾流能够起到使其重新贴附翼面的作用,提高水翼的水动力性能.     

襟翼舵水动力性能研究

对襟舵在螺旋桨尾流中的水动力性能及其桨舵干扰进行了研究，舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能通过无限叶数的简易螺旋为预估，桨舵干扰作用以迭代方法求得，由于采用限面元法计算襟翼舵的性能，可以更为精确地反映较为复杂的襟翼舵表面形状对水动力性能的影响，文中还对螺旋桨尾流中反应舵的表面压力分布及操纵性能进行了计算和研讨 。     

螺旋桨吸气及其水动力性能

本文选择一组几何相似桨模和一组直径相同桨模进行了近自由液面下变沉深、变转速的敞水试验.在分析试验结果的基础上,提出了螺旋桨吸气试验的相似准则,提供了判断发生局部吸气和全吸气的近似公式,以及吸气后螺旋桨水动力性能的近似估算方法,并探讨了吸气情况下螺旋桨轴承力的脉动.     

沉深变化对螺旋桨水动力性能影响的数值分析

为了分析桨轴沉深对螺旋桨水动力性能的影响,采用VOF方法对某型桨在静水状态下、不同沉深时的水动力性能进行了研究.采用混合网格技术.根据沉深的不同选用不同的计算域模型来进行网格的划分.通过静水中某沉深下螺旋桨推力系数、转矩系数以及效率的计算结果与实验值的对比,验证了研究结果的正确性.由结果分析得知:随着进速系数的增大,桨轴沉深对螺旋桨推力系数、转矩系数的影响逐渐减小,而对效率的影响逐渐增大,且螺旋桨对自由液面的抽吸位置逐渐后移,扰动越来越小.     

桨叶变形对复合材料桨水动力性能影响

采用面元法与有限元法相结合的方法,对复合材料螺旋桨桨叶变形与水动力性能之间的关系进行了研究.利用基于速度势的低阶面元法对螺旋桨的受力特点进行分析,在此基础上给出复合材料螺旋桨性能提升的原理性说明;假设厚度分布与拱度分布不发生变化,推导了桨叶变形后螺旋桨几何参数的数学表达式;以某型螺旋桨为对象,利用建立的流固耦合算法,研究了复合材料螺旋桨桨叶变形特性及变形对水动力性能的影响,并给出了螺旋桨在不同工况下的最佳几何形状.研究表明:螺旋桨在不同工况下均具有最佳几何形状,相比于刚性桨,处于最佳形状的螺旋桨其效率均有提升,离设计工况点越远效率提升越明显.     

坝体-库水动力相互作用的数值求解格式

针对目前数值格式求解效率的不足,基于广义Newmark-β法,建立了求解坝体和库水流固耦合动力相互作用问题的2种新的数值求解格式:交错迭代法和直接积分整体求解法.导出了有限元求解公式,讨论了2种数值离散格式的特点,并结合实际工程计算比较了2种求解方法的计算效率.结果表明:2种方法均能有效地求解坝体-库水动力相互作用问题;在相同计算条件下,迭代法的计算规模要小,但花费的总机时长;整体求解法的计算效率更具优势.     

仿鱼推进器的水动力性能研究

结合仿鱼推进双体船的实验模型,在解决了单体单尾机器鱼运动时摇艏问题的基础上,建立仿鱼推进器尾鳍运动的数值计算模型,用面元法计算尾柄与尾鳍以不同相位角摆动时尾鳍的平均推力性能和平均推进效率曲线,计算尾柄与尾鳍同相位摆动时尾鳍摆动频率与摆动过程中最大推力的关系曲线,从计算结果可以看出,对于双体双尾仿鱼推进器在设计中尾柄和尾鳍可以刚性联接,并适当增加尾鳍的摆动频率可以极大地提高尾鳍摆动过程中产生的最大推力,提高仿鱼推进器的推进功率.     

带环形翼潜体水动力导数的数值计算

在定常、有势、不可压流的前提下,对由回转体、附体围壳、十字翼和环形翼组成的潜体的水动力导数,采用奇点分布法进行了计算.计算中在潜体表面布置源汇和偶极子以模拟厚度影响及升力效应,并探讨了封闭体奇导性问题的解决方法,计算值与试验结果符合良好.在展弦比相同时,环翼升力线斜率是平面无后掠翼的两倍.