跨介質(zhì)航行器是一種既可以在空中飛行又可以在水下潛航的新概念航行器,基于仿生學(xué)原理,提出一種通過改變外形實(shí)現(xiàn)水空介質(zhì)跨越的航行器模型,通過入水試驗(yàn)裝置和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法,對(duì)航行器帶攻角從空氣到水的介質(zhì)跨越過程進(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值仿真研究,得到了跨介質(zhì)入水過程航行器的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和入水空泡形態(tài),并通過數(shù)值仿真得到了航行器的升力、阻力、速度和加速度演化規(guī)律。同時(shí)基于數(shù)值模擬方法對(duì)有波浪情況和靜水情況下航行器入水過程空泡演變以及運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:提出的航行器構(gòu)型在水中具有較好的姿態(tài)調(diào)整能力,波浪的有無和波高的不同都會(huì)對(duì)航行體入水運(yùn)動(dòng)特性造成影響。 

【文章來源】：宇航總體技術(shù). 2020,4(03)

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

航行器示意圖

試驗(yàn)裝置主要由水箱、支撐架、燈光系統(tǒng)、高速攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)組成,其示意圖如圖2(a)所示。水箱使用鋼化有機(jī)玻璃制成,長、寬、高分別為1.5,0.8,1.2 m,試驗(yàn)水深為0.7 m;支撐架置于水箱底部,達(dá)到支撐和方便移動(dòng)的目的;燈光系統(tǒng)選用兩個(gè)Starison CE-1500Ws透射式聚光燈;高速攝像機(jī)型號(hào)為Phantom v12.1,試驗(yàn)過程采用1280 ×800的分辨率,3000 幀/s的拍攝幀率,通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行照片采集和處理。航行器模型如圖2(b)所示,試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算均采用右側(cè)變形后航行器模型。1.2 數(shù)值計(jì)算模型

本文采用網(wǎng)格質(zhì)量較好的切割體網(wǎng)格生成器,加以表面重構(gòu)提高網(wǎng)格的質(zhì)量,在航行器壁面設(shè)置棱柱層網(wǎng)格生成器。為保證數(shù)值計(jì)算的質(zhì)量,在航行器路徑、水面以及水面下部分范圍內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格加密。采用重疊網(wǎng)格技術(shù)對(duì)航行器的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行建模,重疊網(wǎng)格就是嵌套于流體域網(wǎng)格中、隨物體運(yùn)動(dòng)的網(wǎng)格,具有網(wǎng)格易生成、質(zhì)量好的特點(diǎn)。重疊網(wǎng)格通過搜索指定區(qū)域,進(jìn)行網(wǎng)格劃分;在物體運(yùn)動(dòng)過程中的每個(gè)時(shí)間步都需要將重疊區(qū)域從流體域內(nèi)逐步剔除重新定位,以此來模擬航行器入水過程;重疊網(wǎng)格之間通過數(shù)據(jù)的插值進(jìn)行信息傳遞。網(wǎng)格劃分時(shí)保持航行器重疊區(qū)域水平,網(wǎng)格生成后對(duì)重疊區(qū)域旋轉(zhuǎn)平移到指定工況,局部網(wǎng)格劃分如圖3所示,最小網(wǎng)格尺寸為1.25 mm。航行器模型由3D打印制成,表1給出了入水變形后航行器的尺寸等參數(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于FLUENT的垂向二維數(shù)值波浪水槽的造波效果[J]. 童朝鋒,魏芷陽,孟艷秋.  水運(yùn)工程. 2020(03)
[2]截錐體頭型彈丸低速斜入水實(shí)驗(yàn)研究[J]. 羅馭川,黃振貴,高建國,陳志華,侯宇,郭則慶.  爆炸與沖擊. 2019(11)
[3]開放空腔殼體傾斜入水運(yùn)動(dòng)特性試驗(yàn)研究[J]. 路中磊,孫鐵志,魏英杰,王聰.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[4]水空兩棲跨介質(zhì)無人飛行器研究現(xiàn)狀[J]. 楊興幫,梁建宏,文力,王田苗.  機(jī)器人. 2018(01)
[5]回轉(zhuǎn)體傾斜入水空泡試驗(yàn)及六自由度數(shù)值計(jì)算研究[J]. 侯昭,孫鐵志,張桂勇,宗智.  宇航總體技術(shù). 2017(04)
[6]基于FLUENT的新型跨介質(zhì)航行器氣動(dòng)水動(dòng)特性研究[J]. 廖保全,馮金富,齊鐸,李永利,胡俊華.  數(shù)值計(jì)算與計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2016(04)
[7]國外跨介質(zhì)飛行器發(fā)展歷程及啟示[J]. 何肇雄,鄭震山,馬東立,周嶠.  艦船科學(xué)技術(shù). 2016(09)
[8]航行器在空中飛行與水下潛航時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性[J]. 楊海燕,林書玉,吝科.  華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2015(11)
[9]海空無人機(jī)的構(gòu)型設(shè)計(jì)與氣動(dòng)水動(dòng)分析[J]. 邢文中,蔣蓁.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào). 2015(04)
[10]升力型潛水飛行器水空動(dòng)力學(xué)特性研究[J]. 吝科,馮金富,張曉強(qiáng),高峰.  艦船科學(xué)技術(shù). 2014(09)



本文編號(hào)：3060451