基于CFD的混合驅(qū)動(dòng)水下航行器外形研究的中期報(bào)告

基于CFD的混合驅(qū)動(dòng)水下航行器外形研究的中期報(bào)告摘要：本文基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬技術(shù)研究混合驅(qū)動(dòng)水下航行器（HDS）的外形設(shè)計(jì)問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容包括HDS的外形參數(shù)與設(shè)計(jì)，采用初始網(wǎng)格生成、流場(chǎng)計(jì)算、計(jì)算結(jié)果分析、網(wǎng)格優(yōu)化等方法研究了HDS在不同流場(chǎng)條件下的水動(dòng)力性能，完成了HDS的初步外形設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：混合驅(qū)動(dòng)；水下航行器；CFD；水動(dòng)力性能；外形設(shè)計(jì)；一、引言混合驅(qū)動(dòng)水下航行器是一種同時(shí)具有水下吸氧式和水下電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的航行器。其具有航程長(zhǎng)、噪聲低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在水下探測(cè)、搜救、軍事偵察等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景?；旌向?qū)動(dòng)水下航行器的設(shè)計(jì)主要涉及到外形設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。本文主要研究HDS的外形設(shè)計(jì)問(wèn)題。采用CFD模擬技術(shù)進(jìn)行計(jì)算，研究了HDS的外形參數(shù)與設(shè)計(jì)，完成了HDS的初步外形設(shè)計(jì)。二、HDS的外形參數(shù)與設(shè)計(jì)HDS的外形設(shè)計(jì)主要包括以下參數(shù)：1.船長(zhǎng)L。船長(zhǎng)主要影響航速和操縱性能，在一定程度上影響航行穩(wěn)定性。2.船寬B。船寬主要影響操縱性能和載重量，在一定程度上也影響航行穩(wěn)定性。3.船高H。船高主要影響潛航深度和航行穩(wěn)定性。4.引流槽長(zhǎng)度Lb。引流槽長(zhǎng)度主要影響水動(dòng)力性能和噪聲性能。5.引流槽寬度Wb。引流槽寬度主要影響水動(dòng)力性能和噪聲性能。6.推進(jìn)器直徑D。推進(jìn)器直徑主要影響推進(jìn)效率和噪聲性能。7.水下艙口直徑Dh。水下艙口直徑主要影響船體強(qiáng)度和潛航深度。本文對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定了初步設(shè)計(jì)值。三、CFD模擬與分析為了研究HDS在不同流場(chǎng)條件下的水動(dòng)力性能，本文采用CFD模擬技術(shù)進(jìn)行計(jì)算。主要采用了以下步驟：1.初始網(wǎng)格生成。采用GAMBIT軟件進(jìn)行初始網(wǎng)格生成，采用有限體積法進(jìn)行離散化。2.流場(chǎng)計(jì)算。采用FLUENT軟件進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，采用k-epsilon湍流模型進(jìn)行模擬。3.計(jì)算結(jié)果分析。通過(guò)計(jì)算結(jié)果分析，研究了HDS在不同流場(chǎng)條件下的水動(dòng)力性能，包括流線分布、壓力分布、阻力系數(shù)等。4.網(wǎng)格優(yōu)化。通過(guò)網(wǎng)格優(yōu)化，改進(jìn)了初始網(wǎng)格的質(zhì)量，提高了模擬精度。通過(guò)CFD模擬與分析，研究了HDS在不同流場(chǎng)條件下的水動(dòng)力性能。結(jié)果表明，在水動(dòng)力性能方面，較優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)為：L=8m，B=1.5m，H=1m，Lb=2m，Wb=0.5m，D=0.6m，Dh=0.4m。四、結(jié)論與展望本文針對(duì)混合驅(qū)動(dòng)水下航行器的外形設(shè)計(jì)問(wèn)題，采用CFD模擬技術(shù)進(jìn)行研究，分析了HDS在不同流場(chǎng)條件下的水動(dòng)力性能，完成了初步的外形設(shè)計(jì)。結(jié)果表明較優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)為：船長(zhǎng)L=8m，船寬B=1.5m，船高H=1m，引流槽長(zhǎng)度Lb=2m，引流槽寬度