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自适应攻角摆翼推进的水动力性能分析
| 论文题名： | 自适应攻角摆翼推进的水动力性能分析 |
| 关键词： | 自适应攻角摆翼;水动力性能;推进效率;进速系数;流场特征 |
| 摘要： | 人类资源的有限性让国内外众多研究者的目光投向了蕴含丰富资源的海洋，我国的发展也需要借助于海洋来进一步实现海洋强国战略。为提高勘探海洋的水下装备的效率和机动性，研究表明，由生物游动法衍生出的仿生推进表现出了优良的性能，其中由鱼类游动衍生而来的仿生摆翼推进相比于传统螺旋桨推进方式有着突出的优势。因而研究仿生摆翼推进器的设计方法和工作原理具有很大的实际意义。本文主要是对一种单自由度的自适应攻角摆翼的设计参数、水动力性能和流场特征进行了研究。本文的具体研究内容如下： 首先，针对自适应攻角摆翼的运动特性提取出了水平摆幅比、进速系数、频率比和弹性系数比这4个无量纲参数用以表征摆翼运动。在数值验证方面采用NUMECA系列的FINE/Marine水动力分析软件进行了网格无关性验证，在此基础上采用NACA0012翼型对摆翼的升力系数以及摆翼的推进效率进行了与相关文献资料的对比验证，结果表明所采用的FINE/Marine软件可以准确的对摆翼的水动力性能进行数值仿真研究。 其次，针对自适应攻角摆翼在4个无量纲参数单独作用下的水动力性能进行了探究，结果表明单个参数水平摆幅比、进速系数、弹性系数比对摆翼的推进性能影响较大，频率比的影响较小；本文为了探究翼型形状对摆翼水动力性能的影响，针对6种NACA系列翼型以及6种倒圆平板系列翼型在推进效率和平均推力系数方面做了对比分析，结果表明，NACA00系列翼型的推进性能较为优越；在对单运动参数以及翼型形状研究的基础上探究了摆翼推进性能在多个运动参数的综合影响下的变化规律，并根据进速系数、频率比以及弹性系数比这3个无量纲参数与推进效率和平均推力系数之间的交互等高线图变化趋势手动寻找出了最佳摆翼推进性能时这3个无量纲参数的最佳设计区间，然后在给出的参数设计区间内随机找出两组参数的数值进行了算例的验证。 最后，本文通过提取摆翼的流场特征进一步分析了4个无量纲参数对摆翼推进性能影响的水动力学机制。选取合适的计算点经后处理得到摆翼局部启动涡和整体尾流场，通过观察流场特征发现：水平摆幅比、进速系数和弹性系数比会影响启动涡产生的位置与形态特征；水平摆幅比、进速系数和弹性系数比对尾流场中尾涡的脱落形态影响较大；频率比对摆翼启动涡和尾流场的影响较小。 |
| 作者： | 潘小云 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 周军伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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