仿金枪鱼摆动尾鳍的水动力性能与推进机理研究工程力学专业论文.docxVIP

oscillating oscillating tuna--tail Candidate：Yang Liang Supervisor：Prof．Su Yumin Academic Degree Appl ied for：Doctor of Engineering Specialty：Engineering mechanics Date of Submission：Sep，2009 Date of oral Examinat ion：Oct。2009 University：Harbin Engineering University t. ‘ 、‘ 金 4 哈尔滨工程大学学位论文原创性l声明 哈尔滨工程大学 学位论文原创性l声明 l^ 一 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者 本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者(签字)： 物、最尘 日期： 2汐汐7年／阴2日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔 滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论 文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的 论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待 一 义 解密后适用本声明。 本论文(囱在授予学位后即可 口在授予学位12个月后 口解 密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者(签字)： 杨靴 导师(签字)：弋萝≈‘穴 日期： 刎年／／月2日 )棚少年厂f月日 也 J .‘ 4 4 仿金枪负摆动尾鳍的水动力性能与推进机理研究摘 仿金枪负摆动尾鳍的水动力性能与推进机理研究 摘 要 金枪鱼、海豚、鲨鱼等水中生物游动时具有高效、高速、低噪声等特点， 将它们游动时所采用的推进方式应用到水下航行器中的研究工作，对于提高 水下航行器的运动、隐身性能有着十分重要的意义。因此，本文以探寻尾鳍 摆动时产生的尾涡结构特点为目的，采用计算流体力学的方法，研究了仿金 枪鱼摆动尾鳍的水动力性能与推进机理。 论文中，首先计算了二维、三维水翼的定常水动力性能，探讨了网格结 构、计算参数等对水翼的流体动力性能计算结果的影响，并进行了对应的流 场结构显示。然后进行了二维刚性、柔性摆动水翼水动力性能的数值计算和 推进机理研究，从中发现摆动水翼的尾涡系的演变过程与摆动水翼所产生的 水动力脉动之间的关系。 其次，数值计算了金枪鱼的月牙形尾鳍水动力性能，研究了尾鳍摆动时 的尾涡结构形式和推进机理，并分析了仿鱼尾鳍推进系统实验装置的水动力 性能。文中将尾鳍的运动处理为在横移和摆动的耦合运动的同时，以某一匀 速前进。计算中采用了将计算域分为流动的核心区域与非核心区域的网格划 分方法，确定了尾鳍尾流场核心区域的网格尺寸应是尾鳍特征弦长的 1／20—1／30；在动边界的处理上运用了以“弹簧变形’’为主的动网格技术，并 在并行计算柔性尾鳍水动力性能时，采取了两种方法消除分区造成的表面网 格点的错误运动。同时采用基于雷诺时均纳维尔．斯托克斯方程的粘性流求解 方法，找到了刚性与柔性尾鳍一个运动周期内水动力脉动与尾涡脱落之间的 对应关系，分析了前进速度、横移与摆动幅度、频率以及柔性变形幅度对推 进性能的影响，并比较了随着摆动频率的变化，相同输入功率系数下刚性与 ^ 柔性尾鳍水动力性能的不同之处。 一’ 最后，以哈尔滨工程大学的仿生水下航行器“仿生．I为对象，以实验 观测鱼类游动特点为参考依据，建立了仿金枪鱼水下航行器的计算模型。同 时，计算了仿金枪鱼水下航行器匀速直线游动时的水动力性能，比较了摆动 尾鳍在有躯体影响与无躯体影响下的输入、输出功率系数和推进效率。数值 模拟了鱼体表面压力分布、周围流场结构和对应的尾流变化：以及躯干的扭 曲与尾鳍的摆动产生的尾涡相互作用对水动力性能的影响。 ～ ～ 哈尔滨T稗火学博十学位论文 本论文的研究表明，采用计算流体力学的方法对仿金枪鱼游动推进机理 研究与水动力性能分析，是切实可行的。但鱼类的推进和操纵方式有自己的 独特之处，需要进一步更深入的研究。 关键词：计算流体力学；水动力性能；推进机理；月牙形尾鳍： 仿金枪鱼游动：尾涡 ^ ，L Il 仿金枪鱼摆动尾鳍的水