一种新型企鹅仿生AUV阻力性能验证方法技术

本发明专利技术一种企鹅型仿生AUV阻力性能验证方法，包括以下步骤：建立企鹅型仿生AUV的计算域；对企鹅型仿生AUV的计算域进行网格划分；对企鹅型仿生AUV的计算域进行边界条件与物理条件设置；企鹅型仿生AUV的计算域出流表面设为压力出口，入流表面、上、下及侧表面设为速度入口，将中纵剖面设为对称平面，AUV模型表面设为壁面；对企鹅型仿生AUV在静水中航行时，受到水的粘性阻力的计算，采用计算流体力学软件STAR

【技术实现步骤摘要】
一种新型企鹅仿生AUV阻力性能验证方法


[0001]本专利技术属于水下AUV领域，涉及一种新型企鹅仿生AUV阻力性能验证方法。

技术介绍

[0002]海洋是最有价值的生态系统之一，它蕴藏着丰富的生物资源和矿产资源，近几十年来，世界各国都在积极发展海洋科技，制定了各种开发和探索海洋的战略。海洋是人类生存发展的资源宝库，我国经济依托海洋的资源、空间有了长足的发展，作为海洋资源大国，探索海洋是实现民族复兴和可持续发展的必经之路。随着陆地不可再生资源的不断减少，海洋资源的开发利用对人类发展和社会进步的推动作用越趋明显，人类探索开发海洋资源的步伐不断加快。由于海洋相关产业技术的发展，水下机器人作为一种有效的海洋开发平台，已经得到广泛的研究和应用。
[0003]仿生学是一门交叉学科，将生命科学与机械、材料和信息等工程技术相结合，其目的是研究和模拟生物体的结构、功能、行为机器调控机制，为工程技术提供新的设计理念、工作原理和系统构成。美国、日本等发达国家从上世纪 90年代就开始了仿生机器人的研究和应用工作，虽然只有二十多年的研究历史，但是发展迅速，一直走在世界前列，尤其是非常规环境下工作的仿生机器人已经得到了广泛的应用。仿生机器人具备较强的灵活性和优异的适应性，可以承担复杂、危险和某些特定的任务。随着仿生技术的不断发展，仿生鱼类、海龟、蝠鲼等海洋生物形态甚至是运动方式的水下机器人将会不断增多，仿生水下机器人将会得到蓬勃发展。
[0004]海洋生物种类繁多，外观形式多种多样。经过数百万年的进化与发展，许多海洋生物如企鹅、海狮、海豹等动物已经能像鱼类一样快速游动，比人类制造的任何水下航行器更加敏捷，它们在游动过程中能消耗更少的能量，产生更低的噪音，身体结构以近乎完美的形式是它们在自然界生存下来的关键因素。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供本专利技术采用的技术方案是：一种企鹅型仿生AUV阻力性能验证方法，包括以下步骤：
[0006]建立企鹅型仿生AUV的计算域；
[0007]对企鹅型仿生AUV的计算域进行网格划分；
[0008]对企鹅型仿生AUV的计算域进行边界条件与物理条件设置；
[0009]企鹅型仿生AUV的计算域出流表面设为压力出口，入流表面、上、下及侧表面设为速度入口，将中纵剖面设为对称平面，AUV模型表面设为壁面；
[0010]对企鹅型仿生AUV在静水中航行时，受到水的粘性阻力的计算。
[0011]进一步地：所述企鹅型仿生AUV耐压壳体采用环肋圆柱形结构；
[0012]所述环肋圆柱形结构设置两档加强环；
[0013]所述环肋圆柱形结构两侧面还开有O型圈槽，对耐压壳体进行密封；
[0014]还包括中间的衬板，所述衬板开有圆孔，用以设置贯穿件和轴向固定内部设备。
[0015]进一步地：所述企鹅型仿生AUV耐压壳体采用铝合金7075T6材质。
[0016]进一步地：所述企鹅型仿生AUV耐压壳的耐压壳静水压力分析包括以下步骤：
[0017]通过软件中Defaults里通过拖动滑块或者直接输入
‑
100到+100之间的数值来实现细化或粗糙现有网格；
[0018]位于网格控制的属性窗口栏Sizing中的Element Size选项可设定应用于整个模型的单元尺寸，该单元尺寸将运用到所有的边、面和体的网格划分；
[0019]鉴于网格划分选择为四面体结构，过渡选择slow，使其平滑过渡；
[0020]基于边的细化曲度目标，设定跨度中心角Span Angle Center，可使单个单元跨越该角度，实现对弯曲区域的网格细化，跨度中心角有粗糙，中等以及细化三种形式，相应的跨越角分别为91
°
～60
°
、75
°
～24
°
和36
°
～12
°
。
[0021]进一步地：所述物理条件采用恒密度、分离流、RANS k
‑
epsilon湍流、隐式不定常进行数值计算。
[0022]进一步地：所述边界条件为计算域出流表面设为压力出口，入流表面、上、下及侧表面设为速度入口，中纵剖面设为对称平面，企鹅型仿生AUV模型表面设为壁面。
[0023]本专利技术提供的一种新型企鹅仿生AUV阻力性能验证方法，具有以下优点：有“海洋之舟”美称的企鹅是一种最古老的游禽，具有优美的流线型轮廓，体长约为80
‑
120cm，最大横截面约为30cm
×
25cm，可谓身宽体胖，这种造型能有效解决水下机器人容积小，携带量有限的问题。而且企鹅型仿生AUV与常见的金枪鱼型和X
‑
35型AUV相比具有更有的阻力性能，已经受到广泛的关注。
[0024]采用计算流体力学软件STAR
‑
CCM+分别对三种形式的AUV模型的三个建模阶段进行阻力预报。利用对称性，只考虑半个AUV的流场，可以节约资源提高计算效率。建立船体坐标系，取AUV的艉端为原点，从艉至艏沿长度方向定义为X轴正方向，高度方向为Z轴正方向，右舷指向左舷为Y轴正方向。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是企鹅型仿生AUV的计算域图；
[0027]图2(a)是企鹅型仿生AUV的网格划分图一、(b)是企鹅型仿生AUV的网格划分图二，(c)是企鹅型仿生AUV的网格划分图三，(d)是企鹅型仿生AUV 的网格划分图四；
[0028]图3是企鹅型、金枪鱼型、X
‑
35型仿生AUV不同建模阶段阻力图；
[0029]图4是企鹅型、金枪鱼型、X
‑
35型仿生AUV不同航速下三种AUV阻力图；
[0030]图5(a)为企鹅型等值图，(b)金枪鱼型等值图，(c)X
‑
35型等值图；
[0031]图6为企鹅型AUV耐压壳截面图；
[0032]图7(a)加强环正视图，(b)加强环侧视图；
[0033]图8为柱形图；
[0034]图9(a)是企鹅型几何AUV图，(b)是金枪鱼型几何AUV图，(c)是X
‑
35 型几何AUV图；
[0035]图10是船体坐标系图。
具体实施方式
[0036]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0037]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种企鹅型仿生AUV阻力性能验证方法，其特征在于：包括以下步骤：建立企鹅型仿生AUV的计算域；对企鹅型仿生AUV的计算域进行网格划分；对企鹅型仿生AUV的计算域进行边界条件与物理条件设置；企鹅型仿生AUV的计算域出流表面设为压力出口，入流表面、上、下及侧表面设为速度入口，将中纵剖面设为对称平面，AUV模型表面设为壁面；对企鹅型仿生AUV在静水中航行时，受到水的粘性阻力的计算。2.根据权利要求1所述的一种企鹅型仿生AUV阻力性能验证方法，其特征在于：所述企鹅型仿生AUV耐压壳体采用环肋圆柱形结构；所述环肋圆柱形结构设置两档加强环；所述环肋圆柱形结构两侧面还开有O型圈槽，对耐压壳体进行密封；还包括中间的衬板，所述衬板开有圆孔，用以设置贯穿件和轴向固定内部设备。3.根据权利要求1所述的一种企鹅型仿生AUV阻力性能验证方法，其特征在于：所述企鹅型仿生AUV耐压壳体采用铝合金7075T6材质。4.根据权利要求1所述的一种企鹅型仿生AUV阻力性能验证方法，其特征在于：所述企鹅型仿生AUV耐压壳的耐压壳静水压力分析包括以下步骤：通过软件中Defaults里通过拖动滑块或者直接输入
‑
100到+100之间的数值来...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄春博，马积雨，陈传，安广硕，魏紫旭，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：