水下自航行器外形及水动力性能优化

研究水下自航行器(AUV)外形及水动力性能优化的问题,为使得AUV具有较小航行阻力的同时拥有较大承载能力,需要不断进行AUV模型重建以及水动力结果分析,人工完成将会耗时很长,Isight多学科优化设计平台搭载常用的优化算法—NSGA-II遗传算法,整合Solidworks、Gambit、Fluent三大集成模块实现数据交换以进行AUV外形的建模、仿真并完成设计过程的自动化和智能的设计探索,确定最佳设计参数;仿真结果表明,最终优化后的AUV不仅减小了航行阻力并且拥有更大的承载能力;因此采用多学科优化软件Isight能够有效提高AUV外形及水动力性能优化的准确性和效率,提升其整体水动力性能。

水下自航行器近海底处水动力性能分析

由于海底边界效应和复杂多变地形的影响,对水下自航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的运行稳定性和操纵性提出了更高要求,本文针对近海底处AUV的水动力性能进行了建模与分析,预测并控制AUV在近海底处的运动。利用计算流体力学方法和ANSYS ICEM软件对近海底处的AUV进行六面体结构网格划分,然后利用Fluent对近海底流场进行数值模拟仿真和分析,结合仿真结果分析了距海底的距离、航行速度、攻角、前方下面斜坡倾角大小和斜坡水平长度对水下自航行器特性的影响。结果表明,在距海底1500mm时,海底壁面就几乎不再影响AUV的水动力性能;攻角为0°航行时,AUV会受到向下的力;随着前方下面的斜坡倾角大小和斜坡水平长度的增加,其阻力系数减小。

MAU型螺旋桨建模与水动力性能分析

为满足螺旋桨设计效率和现代制造的精度要求,提出一种快速生成MAU型螺旋桨三维模型的方法。采用MATLAB编程语言,依据螺旋桨二维制图的投影关系和螺旋桨设计参数,计算出螺旋桨桨叶叶面特征点的空间笛卡尔坐标值,将笛卡尔坐标值导入SOLIDWORKS中进行螺旋桨三维建模以及桨叶曲面的实体优化。在CFD流体仿真软件CFX中建立基于RANS方程的标准k-ε湍流模型,采用多重参考系MRF技术模拟在不同进速系数时的螺旋桨水动力性能,如推力系数、转矩系数和敞水效率。同时,数值模拟也显示出了螺旋桨桨叶上及整个流域内的速度、压力和流线分布情况。