翼型对水下滑翔机滑翔性能影响分析

翼型对水下滑翔机滑翔性能影响分析
徐世勋 ㊀ 刘玉红 ㊀ 朱亚强等
尺寸及布局为水下滑翔机在水中滑翔提供着必需 的升力及水动力 , 机翼每个参数的改变都会极大 地改变水下滑翔机周围的水动布局 . 本文在前期 研究基础上 , 以天津 大 学 研 制 的 海 燕 混 合 驱 动 水下滑翔机为对 象 , 研究机翼翼型对水下滑翔机 滑翔经济性和稳 定 性 的 影 响 , 并提出了软体柔性 机翼的概念设计模型 . 研究成果一方面为水下滑 翔机性能优化提 供 理 论 参 考 , 另一方面也为软体 柔性机翼的设计提供基础理论支持 .
机翼平行于飞行器对称面或垂直于前缘的剖
T a b． ２ ㊀P a r a m e t e r v a l u e s o f a s m m e t r i ca i r f o i l r o u y g p mm
翼型型号 ( NA C A) １ ４ １ ２ ４ ４ １ ２ ６ ４ １ ２ 翼根 最大弯度 ２． ２ ６ ９． ０ ６ １ ３． ６ 截面周长 ４ ６ １． ９ ４ ４ ６ ３． ９ ３ ４ ６ ６． ３ ７ 翼尖 最大弯度 １． １ ７ ６ ４． ７ ０ ６ ７． ０ ５ ９ 截面周长 ２ ３ ９． ８ ５ ２ ４ ０． ８ ８ ２ ４ ２． １ ９
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
０㊀ 引言
新型 无 人 水 下 航 行 器 , 其 续 航 能 力 强㊁ 噪 声 小㊁ 制 造成本低 , 因而被广泛应用于海洋科学研究 ㊁ 海洋
] １ Ｇ ３ .水下滑翔机 环境监测以 及 军 事 侦 查 等 领 域 [
水下滑翔机是通过调节自身浮力进行驱动的
比㊁ 后掠角等设计参数之间的关系并进行了优化 , 在此基础上设计 了 柔 性 机 翼 , 以提高滑翔机的稳
５] 强[ 分析了滑翔 机 水 平 固 定 机 翼 的 展 弦 比 ㊁ 根梢
采用正交
可以实现机翼的伸长和缩 s u b L R 带有分体机翼 , ] ９ . 短, 可 改 变 机 翼 位 置, 并 实 现 了 机 翼 的 翻 转[
[０] 设 计 了 可 以 改 变 展 弦 比㊁ 后掠角以 YANG 等 １ 及翻转角的可变机翼 , 提高了滑翔机的经济性 ㊁ 稳 １ １] 定性和机 动 性 . 田 文 龙 等 [ 通过对滑翔机机翼
摘要 : 选用 NA 采用计算流体力学方法分析了翼型对水下滑翔机滑翔经济 性 和 稳 C A４ 位数翼型 ,
: / D O I １ ０． ３ ９ ６ ９ i ． s s n ． １ ０ ０ ４ ������ １ ３ ２ X． ２ ０ １ ７． ０ ３． ０ ０ ６ j
E f f e c t so fA i r f o i l o nF l i h tP e r f o r m a n c eo fA u t o n o m o u sU n d e r w a t e rG l i d e r s g １, ２ １, ２ １, ２ １, ２ XUS h i x u n ㊀L I UY u h o n HU Y a i a n a n h u i g ㊀Z q g ㊀WANG Y , １． K e a b o r a t o r fM e c h a n i s mT h e o r n dE u i m e n tD e s i no fM i n i s t r fE d u c a t i o n yL yo ya q p g yo , T i a n i n３ ０ ０ ０ ７ ２ j , , , ２． S c h o o l o fM e c h a n i c a lE n i n e e r i n T i a n i nU n i v e r s i t T i a n i n ３ ０ ０ ０ ７ ２ g g j y j : , , A b s t r a c t B a s e do nt h eNA C A４ d i i t a i r f o i l e f f e c t so f t h ea i r f o i l o n f l i h tp e r f o r m a n c e s u c ha s g g , f l i h t e f f i c i e n c a n ds t a t i c s t a b i l i t w e r e a n a l z e db u s i n t h em e t h o do f c o m u t a t i o n a l f l u i dd n a m g y y y y g p y Ｇ i c sw i t ht h ee n v i r o n m e n to f c o mm e r c i a l s o f t w a r eAN S Y S F L U E NT． R e s u l t ss h o wt h a ta r o r i a t e p p p , a i r f o i lm a r e a t l i m r o v e t h e f l i h t e f f i c i e n c fAUG s b u t t h e i m r o v e m e n t s t o t h e s t a t i c s t a b i l i t yg y p g yo p y , o f t h eAUG s a r en o t s oo b v i o u s ． F o r a s mm e t r i c a i r f o i l s t h e c a m b e r a n db e n d i n i r e c t i o n s o f t h e a i r Ｇ y gd f o i lh a v eg r e a t i n f l u e n c e so nb o t ho f f l i h te f f i c i e n c n ds t a t i cs t a b i l i t ． A c c o r d i n ot h ep r e s e n t r e Ｇ g ya y gt , s e a r c h e sa n dc o m b i n i n i t ht h ee n i n e e r i n r a c t i c e s t h ef l e x i b l ew i n sw i t hv a r i a b l et r a i l i n d e gw g gp g ge g ,w w e r ep r o o s e dt om a k et h eAUG g e tb e t t e rf l i h tp e r f o r m a n c e h i c hw a sp r o v e db h en u m e r i c a l p g yt s i m u l a t i o ne x e r i m e n t s ． T h ep r e s e n t a c h i e v e m e n t sp r o v i d e t h e o r e t i c a l u i d a n c e f o r t h ed e s i no f f l e x i Ｇ p g g b l ew i n so fAUG s ． g : ( ; ; ; ; K e o r d s a u t o n o m o u su n d e r w a t e rg l i d e r AUG) a i r f o i l f l i h t e f f i c i e n c f l i h ts t a b i l i t f l e x i Ｇ g y g y yw b l ew i n sw i t hv a r i a b l e t r a i l i n d e g ge g
表 ２㊀ 非对称翼型组翼型基本参数
行模式下所需的水动力不同 , 为研究翼型对滑翔机 不同航行模式下航行性能的影响 , 本文选取对称和 非对称两类翼型进行试验 , 分别考察翼型厚度和翼 型弯度对滑翔机航行性能的影响 . ４ 位数翼型族作为研究对象 .NA C A４ 位 数 翼 型 [６] , 是 NA 翼 C A 最早 建 立 的 一 个 低 速 翼 型 系 列 １ 型如 图 １ 所 示 . 翼 型 标 记 为 NA 其 C AX Y Z Z, 中, 翼型最大弯度相对于弦长 X 表示 相 对 弯 度 ( , 的百分数 ) 翼型最大 Y 表示最大弯度相对位置( ( .即 翼型最大厚度相对于弦长的百分数 )
６] 定性 ; 宫宇龙等 [ 对实验尺度水下滑翔机机翼的
安装位 置 ㊁ 后 掠 角㊁ 展 长㊁ 展弦比和根梢比这５个 设计参数进行了 分 析 , 并设计了一种适用于试验 尺度滑翔机的高升阻比水平机翼 . 在可变机翼的
[] 研究 方 面 ,A R I MA 等 ７ 设 计 并 开 发 了 可 翻 转 机 [] .I 翼的滑翔 机 模 型 A l e x S A 等 ８ 建立了拥有可 变机翼和方向舵 的 水 下 滑 翔 机 动 力 学 模 型 , 并进
中国机械工程第 ２ ８ 卷第 ３ 期 ２ ０ １ ７ 年 ２ 月上半月
翼型对水下滑翔机滑翔性能影响分析
机构理论与装备设计教育部重点实验室 , 天津 , １． ３ ０ ０ ０ ７ ２ 天津大学机械工程学院 , 天津 , ２． ３ ０ ０ ０ ７ ２
, , , ２ 徐世勋１, ㊀ 刘玉红１ ２㊀ 朱亚强１ ２㊀ 王延辉１ ２
行了运动仿真 . 英国国家海洋中心研 制 的 A u t o Ｇ
收稿日期 : ２ ０ １ ６ １ ０ ０ ９
) 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( ５ １ ４ ７ ５ ３ １ ９, ５ １ ６ ７ ５ ３ ７ ２
翻 转 角 的 控 制, 提高了滑翔机的滑翔速度和机 动性 .
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定性的影响 . 研究结果表明 , 合适的翼型可以极大地提高滑翔经济性 , 但对滑翔机静稳定性的提高并不 明显 ; 对于非对称翼型 , 翼型的弯曲程度和弯曲方向对滑翔经济性和静稳定性的影响均很大 . 在此基础 上, 并结合工程实际 , 提出了变后缘柔性机翼方案 , 通过数值模拟试 验 验 证 了 所 提 出 方 案 的 可 行 性 . 研 究成果为水下滑翔机柔性机翼的设计提供了理论参考 . 中图分类号 : TH １ ２ ２ 关键词 :水下滑翔机 ; 翼型 ; 滑翔经济性 ; 滑翔稳定性 ; 变后缘柔性机翼