基于柔性水翼的波浪滑翔器设计

为更好地利用和开发海洋资源,保护生态系统多样性等,该文设计一种基于柔性水翼的波浪动力无人航行器,采用一种位置保持控制算法,来使其能够在某一特定海域位置保持稳定。该波浪滑翔器是一种完全利用自然能源即可实现自主航行的新型海洋监测平台,其主体结构由水面母船、水下滑翔体和柔性缆绳3大部分组成,该文介绍波浪滑翔器的整体结构和运动机理,同时描述其控制系统、通信系统和导航系统等作业,以及电源管理模块。

波浪滑翔器柔性水翼推进性能数值仿真分析

水翼是波浪滑翔器波浪动力转换的关键部件,直接决定了波浪滑翔器的航行性能。文中研究了波浪滑翔器柔性水翼的推进性能,根据波浪滑翔器工作时水翼的运动特点,基于COMSOL Multiphys-ics软件仿真出柔性水翼主动升沉运动下被动变形的过程,重点研究波浪参数、俯仰运动参数和斯特哈劳尔数对推进性能的影响。仿真结果表明,在一定范围内,水翼推进性能随波高、斯特哈劳尔数的增大而增大,随波周期的增大而减小;当波周期较大时,波高和波周期的变化对水翼推进性能的影响较小;当俯仰周期与波周期相等时,俯仰运动对水翼推进性能有积极作用。文中结果可为波浪滑翔器被动柔性水翼后续研究提供参考。

基于数字图像处理的柔性水翼形变测量

针对振荡水翼式潮流能发电装置中柔性水翼的形变测量问题,设计了一套基于高速相机的非接触式测量系统,可在不影响水翼水动力学特性的前提下,连续采集水翼运动过程中的图像并计算水翼形变。建立了图像坐标系和水翼世界坐标系的坐标转换模型,给出了相关参数的标定方法和形变的计算公式。提出了一种基于Canny算子的水翼迎流面边缘检测方法,给出了边界的多项式拟合算式,从而可计算出水翼迎流面边缘上任一点的形变。设置了不同实验条件进行了验证,识别出的水翼总长度误差在2%以内,形变量符合实际规律。实验结果表明该方法能够有效测量水翼迎流面边缘上任一点的形变,且具有现场布置简单、不影响水动力学特性的优点。

基于直角网格法的单个和阵列布置下柔性水翼绕流数值模拟

研究柔性水翼在不可压缩流体中的水动力特性,对于船舵和减摇鳍等海洋结构物的设计和性能优化具有重要意义.本文将自主开发的径向基函数虚拟网格法求解器扩展到模拟绕单个或多个柔性水翼的不可压缩流动问题.数值模型基于虚拟网格有限差分法考虑浸入边界对流场的影响,引入紧支径向基函数(compact supported radial basis function,CSRBF)以物面Lagrangian质点追踪复杂的柔性动边界.基于该方法,首先模拟了均匀流中主动拍动的柔性水翼,升阻力系数良好的网格收敛性结果验证了本文方法的精度和可靠性.并研究了柔性水翼在不同振荡频率下的水动力特性,阐述了柔性水翼的推力生成机制.然后模拟了绕阵列布置柔性水翼的流动现象,研究了不同间距和不同振荡频率下水翼表面的升阻力系数变化规律和尾涡特性,观察到紧密布置的柔性水翼在高频振荡下推力系数存在显著的放大效应,同时推力为零时的临界频率提前.

近壁面柔性水翼流致弯曲扭转振动特性

本文针对不同翼壁距离下柔性水翼的流致弯曲扭转振动特性进行研究,讨论了翼壁距离对柔性水翼的弯扭振动响应、频率响应、水动力特性以及尾涡结构的影响。研究发现,在低折减速度时(3≤U*≤6),水翼弯曲扭转幅值很小,升阻力特性的趋势与弯曲振幅类似;在8≤U*≤12范围内,由于存在弯曲和扭转的频率“锁定”现象,弯扭振动、时均升阻力系数和升阻比发生剧烈变化,翼壁距离越大,柔性水翼锁定区间越宽。折减速度和翼壁距离越大,柔性水翼的弯曲位移和扭转角度都会增大。

柔性摆动水翼弦向变形模式及其对推进性能的影响研究

在Bose变形模式及悬臂梁受力变形分析的基础上,提出了摆动水翼新的柔性变形模式,推导出弦向变形方程,给出了摆动水翼变形运动描述及动网格处理技术,利用数值方法研究了柔性变形模式、柔度系数、弦向变形长度等参数对柔性水翼推进特性的影响,指出了摆动水翼高推进性能对应的柔性模式与变形参数。