CFX与USAERO的水下机器人操纵性仿真计算研究

研究了借助计算流体力学软件CFX与USAERO对水下机器人的操纵性进行仿真计算的方法,并将仿真计算结果与模型试验结果对比,验证仿真计算的可行性,指出仿真计算的适用范围.该方法可以对某些现实中难以进行的操纵性试验进行仿真计算,对于研究水下机器人的操纵性尤其是在方案设计阶段的操纵性设计和降低试验成本有一定的现实意义.

泵喷推进器内间隙流与主流相互作用的数值模拟和机理研究

本论文用CFX-TASCflow对有间隙泵喷推进器(包括转、定子)与轴对称体的组合体的三维复杂粘性流场进行了模拟计算。本问题用RANS方程和K—ε模型联合求解,离散化是建立在用有限元方法描述几何图形的有限体积法:同时,利用多重网络技术加快收敛速度;求解中采用ILU(IncompleteLowerUpperFactorization)光顺技术。通过分析导管内局部流场(转子桨盘面、转子后/转定子之间、定子盘面、导管出口/定子后),揭示了间隙流对于导管内流场(包括速度场和压力场)各个局部的影响。涉及的重要问题有:间隙流的形成机理;泄涡(低压中心)的生成、输运与发展、扩散与消失过程;间隙流对于性能和安全的影响;间隙存在时,叶片设计方面的考虑;泄涡存在时,动叶片压力分布多样性和复杂性;有间隙的叶片通道速度场的明显特征;阻止间隙流的方法等。

水下机器人粘性类水动力数值计算方法研究

通过对通用流体动力学仿真软件CFX的研究,提出了一套水下机器人粘性类水动力的数值计算方法.该方法采用标准k-ε湍流模型计算位置力系数,采用标准k-ω湍流模型计算旋转力系数及其它耦合水动力系数.对“CR-02”6000 m自治水下机器人的计算表明,通过这种方法获得的水动力系数具有较高的精度,可以满足水下机器人方案设计阶段的操纵性设计、运动预报和仿真等需求.

带槽道桨水下机器人阻力特性的数值分析

自治水下机器人在低速航行时,单靠操舵方式难以保证其机动性。特别是作业过程中需要进行水下悬停定位时,经常会使用槽道桨。槽道桨在载体上形成贯穿式的孔洞结构,影响水下机器人直航过程中的阻力特性。本文借助流体动力数值仿真计算软件CFX,对槽道孔洞尺度改变、轴向位置改变时,水下机器人航行阻力所受到的影响进行了数值分析。数值分析得到的结论,对水下机器人槽道桨的工程设计和优化具有参考价值和指导作用。

水下滑翔机器人载体外形设计与优化

借助流体动力计算软件CFX和Matlab,对水下滑翔机器人载体外形进行设计和优化.通过对 4种载体方案的分析计算和运动仿真,最终得到了一种比较合理的外形方案.研究结果表明,采用CFX流体动力计算软件对于研究水下机器人载体的外形结构,尤其是在方案设计阶段在外形流体动力设计中具有重要的作用,可缩短研制周期、降低设计成本.

水下滑翔机器人运动调节机构设计与运动性能分析

描述了水下滑翔机器人3个运动调节机构的设计,即浮力调节机构、俯仰调节机构和横滚调节机构,分析了运动调节机构与运动之间的关系.提出了采用CFX水动力计算软件分析水下滑翔机器人运动性能的方法.根据CFX计算结果,用最小二乘法参数辨识方法辨识出定常滑翔运动的水动力参数.简化了空间螺旋回转运动过程,通过CFX水动力计算方法进行回转特性分析,估算回转半径.