深海机动浮标水动力分析及运动优化研究

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本文研究的深海机动浮标主要用于对深海大洋进行长期连续的、高时空覆盖率的多学科综合观测,实现深海大洋变化的“透明”。该浮标结合了滑翔机和传统浮标的特点,在传统浮标的结构基础上加上机翼,能在浮标和滑翔机两种模式间进行切换,在实现浮标定点观测功能的基础上,还能实现滑翔机机动观测的功能。本文将主要从机动浮标水下运动、水面运动以及能量补偿装置对浮标上浮运动的影响这三方面对该深海机动浮标进行水动力分析研究。在对机动浮标水下运动的研究中,主要考虑来利用速度、机动浮标攻角、机动浮标漂角以及机翼形状和机翼位置这几方面因素对其上浮和剖面运动的水动力性能的影响,采用在SOLIDWORKS软件中进行建模、在ICEM软件中进行网格划分、在FLUENT软件中进行数值仿真计算的方法,控制方程采用的是N-S方程和雷诺时均连续性方程,湍流模型为标准的k-ε模型,该模型具备良好的数值稳定性和精确度求解压力梯度,是目前船舶粘性流动和粘性水动力求解应用最广泛的湍流模型。在网格划分时,采用将非结构网格和结构网格黏合的方法,其中外计算域采用O型切分的结构网格,内域采用非结构网格。分析机动浮标在水面及极端海况下的运动情况时,分别计算横摇运动和升沉运动的运动特性,在列出运动方程后在MATLAB软件中进行计算得到系列参数,并利用得到的参数进行机动浮标的响应分析。在能量补偿装置对机动浮标上浮运动的影响的研究中,通过建立加入能量补偿装置后机动浮标上浮和下潜的运动方程,和无能量补偿装置下机动浮标上浮和下潜情况进行对比,得出能量补偿装置的介入能扩大机动浮标的浮力调节范围,使其能更迅速的到达指定深度,并对机动浮标的能效的提高也有一定的作用。
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