水下自航行器水动力学特性数值计算与试验研究

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1、水下自航行器水动力学特性数值计算与试验研究２００５年８月摘小型ＡＵＶ（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒ要Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）是一种无人尤缆水下自主航行器，可以进行海洋水下多利，参数的测量。基于‘定的测量任务需要，天津大学和国家海洋技术中心联合研制了ＡＵＶ．称为水下自航行器。本文通过适当选取坐标系，建立了水下白航行器的运动学和动力学模种坐底式、主体可分离的小型型，对航行器所受水动力进行了分析与计算，为航行器稳定性、操纵性分析与控制系统设计提供了依据。使崩计算流体动力学（ＣＦＤ）的方法，基于’种

2、典型外形，研究了ＡＵＶ外形、阻力（系数）与航速的关系，指出：对于小型ＡＵＶ，由于其航行速度’一般都比较低（对应流场雷诺数较低），在Ａｕｖ的速度范围内，水动力系数是随速度变化的。而鱼雷等高速航行体在其速度范围内可以认为水动力系数是常数。因而ＡＵＶ设计中，即使可以查到外形鱼雷等航行体的资料，但由于很难满足动力学相似的条件而不能使用。基于流线型航行体常采用的假设：将航行器阻力处珲为各部件阻力之和，运用ＣＦＤ方法对两轮设计的航行器进行水动力计算，对航行器外形参数进行了研究与设计改进，指出后续可以进一步改进

3、外形———————————————————————————————————————————————设计以减小阻力的空间；通过分析计算结果，获得航行器丰要水动力特征。针对两轮设计外形，对航行器进行了两次水动力试验。基于第一次试验结果及阻力特征分析，对水动力试验安装、测量方法，没入水下深度等进行了分析与调整；通过对试验结果与数值计算结果的比较，调整了数值计算模型参数。在第‘轮外形阻力特征基础上，对航行器总体结构与外形进行了改进设计，对第二轮设计样机进行了水动力试验，得到航行器主要水动力参数；并将试验结

4、果与修正后的数值计算模型结果进行了比较，结果证明调整后的数值计算模型是可行的且具有台坪的精度。关键词：水下自航行器，水动力试验，水动力特征，ＣＦＤ，动力学建模ＡＢＳＴＲＡＣＴＳｍａｌｌＡＵＶｒＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅｌｉＳｕｎｔｅｔｈｅｒｅｄｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅｓｗｈｉｃｈｃａｎｏｎｅｋｉｎｄｏｆｕｎｍａｎｎｅｄａｎｄｋｉｎｄｓｏｆｏｃｅａｎｉｃｆｕｌｆｉｌｌｍａｎｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａＩｓｕｒｖｅｙ，ＴｏＡＵＶｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＣｅｎｔｅｒ

5、．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅａｒｅａｆｕｌｆｉｌｌｓｏｍｅｃｅ———————————————————————————————————————————————ｒｔａｉｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．ｏｎｅｋｉｎｄｏｆｓｍａｌｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＯｃｅａｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＴｉａｎｊｉｎｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＡＵＶ．Ｅｘｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓａｃｔｉｎｇａｓｏｎａｎａｌｙｚｅｄ，ｓｕｃｈｇｒａｖｉｔｙ，ｂｕｏｙａｎｃｙ，ｈｕｌ

6、ｌａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｎｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｏｒｃｅｓｅｔｃ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌａｌｌ。ｗｓｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ、ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｉｌｉｔｙ．ＡｐｐｌｙｉｎｇＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｍｅｔｈｏｄ，ｏｎｅｋｉｎｄｏｆｔｙｐｉｃａｌｈｕｌｌｆｏｒｍｉｓｃｈｏｓｅｎｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄｒａｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｍａｌｌＡＵＶｗｉｔｈｌｏｗｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔ

7、ｓｅｍｐｈａｓｉｚｅｔｈａｔｔｈｅｄｒａｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅＡＵＶｉｓｖａｒｉｅｄｗｉｔｈｉｔｓｓｐｅｅｄ．Ｔｈｉｓｉｓｖｅｒｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｏｒｐｅｄｏｅｔｃ，ｗｉｔｈｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ＳＯｔｈｅｄｒａｇｔｏｒｐｅｄｏｉｓ———————————————————————————————————————————————ＢａｓｅｄｎｏｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅＡＵＶｅｖｇｎｉｆｔｈｅｔｗｏｈａｖｅｔｈｅｓａｍｅｈｕｌｌｆｏｒｍ．ｃａｎｏｎｔｈ

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