采用Zwart-Gerber-Belamri空化模型,运用动网格与滑移网格技术,利用计算流体力学的方法模拟水下潜器做回转运动时导管螺旋桨的推力特性。其中对回转运动过程的数学模型进行分析,通过编写UDF对水下潜器回转运动方式进行控制。计算结果表明:本文提出的回转运动数学模型可以实现水下潜器的回转运动,对数值模拟结果的分析可以得知导管螺旋桨所产生的推力是趋于周期稳定变化的,由于回转运动的单向性,两侧导管螺旋桨所产生的推力值不相等,主要原因在于水下潜器主体以及来流等模拟环境条件的影响。
By using cavitation model of Zwart-Gerber-Belamri, the technique of dynamic mesh and sliding mesh, the thrust characteristics of ducted propeller of the underwater vehicle with motion of circle was simulated and analyzed by computational fluid dynamics. With the mathematics model of rotary motion analyzed, the rotary motion of underwater vehicle was controlled by compiling the UDF. The results shows:the mathematics model presented in this paper could achieve the rotary motion of underwater vehicle, and the thrust of propeller was periodic stable with simulation results analyzed, because of the unipolarity of the motion, the thrust of two propeller unequaled each other, the main reason was the incoming flow and other simulated conditions.
2018,40(5): 1-7 收稿日期:2017-06-05
DOI:10.3404/j.issn.1672-7649.2018.05.001
分类号:TV131.2
基金项目:国家自然科学基金资助项目(11372112)
作者简介:吴家鸣(1957-),男,教授,主要从事船舶与海洋工程水动力学研究
参考文献:
[1] AVILA J P J, ADAMOWSKI J C. Experimental evaluation of the hydrodynamic coefficients of a ROV through Morison's Equation[J]. Ocean Engineering, 2011, 38:2162-2170.
[2] JAULIN L. Robust set-membership state estimation; application to underwater robotics[J]. Automatica, 2009, 45:202-206.
[3] LI J H, JUN B H, LEE P M, et al. A hierarchical real-time control architecture for a semi-autonomous underwater vehicle[J]. Ocean Engineering, 2005, 32:1631-1641.
[4] 陈健, 吴家鸣, 徐灜, 等. 立式翼型主体拖曳式水下潜器的设计及操纵性能[J]. 海洋技术学报, 2015, 34(4):1-6.
[5] 吴家鸣, 崔寅, 邓威, 等. 控制动作下的带缆遥控水下机器人水动力特性分析[J]. 华南理工大学学报:自然科学版, 2012, 40(4):150-157.
[6] 吴家鸣, 郁苗, 朱琳琳. 带缆遥控水下机器人水动力数学模型及其回转运动分析[J]. 船舶力学, 2011, 15(8):827-843.
[7] 赖华威, 刘月琴, 吴家鸣. 基于CFD方法的螺旋桨性能计算与分析[J]. 船海工程, 2009, 38(4):131-135.
[8] 吴家鸣, 叶志坚, 金晓东, 等. 水下潜器导管螺旋桨在转艏摆动中的推力特性分析[J]. 华南理工大学学报:自然科学版, 2015, 43(12):141-148.
[9] 林育胜, 吴家鸣, 李林华. 超小型水下机器人通过狭窄隧道的水动力性能[J]. 广州航海学院学报, 2016, 24(4):1-4.
[10] 吴家鸣, 邓威, 赖华威. 回转状态下导管螺旋桨水动力特性的数值模拟[J]. 华南理工大学学报:自然科学版, 2010, 38(7):90-96.