为研究斜流对水下机器人导管螺旋桨水动力性能与流场特性的影响,本文基于计算流体力学方法,采用滑移网格技术,对某自主研发的水滴流线型柱体结构水下机器人系统模型进行数值模拟计算。结果表明,在斜流中随着斜流角度在一定范围内增加,螺旋桨产生的推力也会相应地有所增加;斜方来流会导致伴流场的不均匀性与周向速度分布不均匀。在不同的斜流角度下,螺旋桨压力云图也表现出一定的变化规律。
In order to study the influence of oblique flow on the hydrodynamic analysis and flow field analysis of the ducted propeller for the underwater robot, based on the computational fluid dynamics method, this paper uses the sliding mesh technology to carry out the numerical simulation calculation on the system model of an autonomous underwater robot with a water drop streamline cylindrical structure. The results show that the thrust produced by the propeller will increase with the increase of the angle of oblique flow in a certain range; The oblique flow will lead to the nonuniformity of the wake field and the nonuniformity of the circumferential velocity distribution. The pressure nephograms of propeller also show a certain pattern of variation at different angles of oblique flow.
2024,46(4): 92-97 收稿日期:2023-02-20
DOI:10.3404/j.issn.1672-7649.2024.04.018
分类号:TV131.2
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51979110)
作者简介:周汇锋(1998-),男,硕士研究生,研究方向为船舶与海洋工程水动力学
参考文献:
[1] 王永鼎, 王鹏, 孙鹏飞. 自主式水下机器人控制技术研究综述[J]. 世界科技研究与发展, 2021, 43(6): 636-648.
[2] SIMEONI P , SARRAZIN J , NOUZE H , et al. Victor 6000: new high resolution tools for deep sea research. Â?Module de Mesures en RouteÂ?[M]. 2007.
[3] 李想, 万民, 吉志伟. 斜流中船后螺旋桨水动力性能及伴流场研究[J]. 舰船科学技术, 2022(2): 44: 24-85.
[4] 张文照, 肖昌润. 斜流中艇后螺旋桨水动力数值计算方法[J]. 舰船科学技术, 2014, 36(2): 55-59.
[5] VARTDAL B J, GJESTLAND T, ARVIDSEN T I. Lateral propeller forces and their effects on shaft bearings[C]// First International Symposium on Marine Propulsors. 2009.
[6] 张嶔, 何聪, 许情, 等. 小角度斜流下导管桨/螺旋桨尾流场数值分析[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2022, 43(8): 1102-1108.
[7] VERSTEEG M. An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method[M]. Wiley, New York, 1995.
[8] A S C S , B D M E , C W C W. Design and characterization of a small-scale azimuthing thruster for a mobile offshore base module[J]. Marine Structures, 2001, 14(1–2): 215-229.
[9] 吴家鸣, 赖宇锋, 李江伟, 等. 水下潜器系统导管螺旋桨水动力特性及周围流场分布预报与分析[J]. 船舶力学, 2018, 22(5): 540-551.
[10] 王楠. 导管桨水动力性能的数值分析[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学, 2017.
[11] 胡洋, 胡健, 刘亚彬. 斜流中螺旋桨的水动力性能研究[J]. 武汉理工大学学报: 交通科学与工程版, 2019, 43(2): 262-268.