【摘 要】
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跨介质航行器是一种可以在空中飞行、水面航行、水下潜行的多功能航行器,有着广阔的应用前景。跨介质航行器设计的一个关键问题是适用水空环境的推进器设计,如何同时满足水中和空中多工况、复杂的推进要求,并避免“水空两套”的冗余设计,增加航行器有效载荷空间,是推进器设计的关键。摆线推进器由于其出色的操纵性能和多工况适应能力,十分适用于跨介质航行。本文基于以上背景,进一步提出通过增加襟翼的形式,提升摆线推进器在
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跨介质航行器是一种可以在空中飞行、水面航行、水下潜行的多功能航行器,有着广阔的应用前景。跨介质航行器设计的一个关键问题是适用水空环境的推进器设计,如何同时满足水中和空中多工况、复杂的推进要求,并避免“水空两套”的冗余设计,增加航行器有效载荷空间,是推进器设计的关键。摆线推进器由于其出色的操纵性能和多工况适应能力,十分适用于跨介质航行。本文基于以上背景,进一步提出通过增加襟翼的形式,提升摆线推进器在水中和空中的水动力性能。首先,采用计算流体软件STAR-CCM+对三叶片的摆线推进器进行二维计算,叶片翼型选择NSRDC实验桨D剖面的翼型,并与实验结果对比验证了计算模型的准确性。在此基础上,对基础翼型为NACA0012的三叶桨进行计算,定量化研究襟翼对摆线推进器水动力性能的影响。其次,研究襟翼参数包括襟翼的转动规律、襟翼相对长度、襟翼转动幅值对摆线推进器水动力性能的影响。计算三种不同的转动规律,分别为反虚拟拱度规律、正弦规律和两者规律叠加之后的转动规律,研究结果发现,对于本文研究的工况,襟翼按照反虚拟拱度规律转动时有利于抵消侧推力,进速系数J=1.0时侧推力减小98%。按照正弦规律转动时有助于提高推进器在高进速系数时的效率,进速系数J=1.0和1.2时,效率分别提高了3.86%和50%。而按照两种规律叠加之后规律转动,可以同时满足两种效果,进速系数J=1.2时效率提高了43.5%,侧推力系数降低88.89%。随后在两种规律叠加的基础上分别研究襟翼的相对长度和转动幅值的影响。最后,研究襟翼参数包括襟翼固定角度和襟翼转动规律对摆线推进器悬停效率的影响。研究发现,针对本文研究工况而言,对比相同桨盘载荷时的悬停效率,襟翼顺时针固定角度5°或者按照叠加规律转动时悬停效率较高。
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