水下熱滑翔機(jī)的外殼形狀分析研究與試驗(yàn).pdf

1、水下熱滑翔機(jī)是人類邁向海洋，征服海洋的重要武器。水下熱滑翔機(jī)作為一種高效環(huán)保，浮力驅(qū)動(dòng)，低噪聲的自主式水下運(yùn)載器，可以廣泛用于海洋科考以及軍事經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的電力推進(jìn)的水下機(jī)器人相比，水下熱滑翔機(jī)以海洋溫差能為能源，通過特殊的動(dòng)力裝置將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行航行，由于無須配備電池，其續(xù)航能力遠(yuǎn)強(qiáng)于電力推進(jìn)的水下機(jī)器人。
　　需要注意到海洋溫躍層的溫差較小，往往不超過20℃，溫度梯度值僅為約0.2℃/m，可利用的溫差能的能量品質(zhì)較為

2、低下。因此，水下熱滑翔機(jī)必須面對(duì)熱機(jī)效率較低，熱機(jī)輸出功率不大的情況。在這種情況下，為了能夠持續(xù)航行，勢(shì)必要求水下熱滑翔機(jī)具有較高的水動(dòng)力性能，如較低的阻力而較大的升力等?；谝陨峡紤]，本文進(jìn)行外形設(shè)計(jì)的主要出發(fā)點(diǎn)之一是擇優(yōu)挑選具有較高水動(dòng)力性能的設(shè)計(jì)方案。
　　水下熱滑翔機(jī)無外掛推進(jìn)裝置，通過相變材料的體積變化來產(chǎn)生正負(fù)凈浮力控制滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。凈浮力的變化只能實(shí)現(xiàn)滑翔機(jī)的沉浮運(yùn)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)和偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)地航行，

3、需要裝配水平翼和尾翼，水平翼可以將升力轉(zhuǎn)化為水平力，而尾翼可以產(chǎn)生側(cè)向力。本文以優(yōu)化設(shè)計(jì)大升阻比的機(jī)翼為目標(biāo)，通過C FD技術(shù)和機(jī)翼性能的經(jīng)驗(yàn)公式，分別對(duì)水平翼和尾翼的翼型和平面形狀參數(shù)進(jìn)行分析，并通過數(shù)值模擬的方法，優(yōu)化水平翼及尾翼的合理安裝位置，使得機(jī)翼造成的阻力增加量較小同時(shí)機(jī)翼本身相對(duì)于滑翔機(jī)的力學(xué)效果最佳。
　　水下熱滑翔機(jī)的外殼設(shè)計(jì)和試制完成后，為了檢驗(yàn)滑翔機(jī)的實(shí)際性能，需要選擇合適的場(chǎng)所進(jìn)行試驗(yàn)。如果選擇具有溫躍層的

4、海洋或湖泊作為試驗(yàn)地，則需要消耗較大的成本和較長(zhǎng)的時(shí)間，非常不便，而且由于水下自然環(huán)境復(fù)雜面臨丟失模型的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本文基于相似理論研究在室內(nèi)建立海洋溫躍層模擬水池的方案，為水下熱滑翔機(jī)提供可重復(fù)性高，穩(wěn)定便捷的試驗(yàn)環(huán)境。合理地設(shè)計(jì)室內(nèi)海洋溫躍層模擬水池參數(shù)，如縮尺比，水池的主尺度，溫度梯度場(chǎng)，動(dòng)力相似數(shù)等。最后，通過傳感器實(shí)測(cè)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的溫度梯度的目標(biāo)值，說明具備了模擬海洋溫躍層的能力。
　　為了檢測(cè)設(shè)計(jì)的水下熱滑翔機(jī)的水動(dòng)力性