串列异步拍动翼推进性能分析

上海交通大学学报（自然版） ›› 2014, Vol. 48 ›› Issue (04): 457-463.

串列异步拍动翼推进性能分析

刘鹏，苏玉民，刘焕兴，廖煜雷

（哈尔滨工程大学，水下机器人技术国防科技重点实验室，哈尔滨 150001）

收稿日期:2013-10-28 出版日期:2014-04-28 发布日期:2014-04-28
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51009038), 中国博士后科学基金资助项目(2013M540271)，中央高校基本科研业

Propulsive Performance Analysis of Tandem Asynchronous Flapping Foil

LIU Peng，SU Yumin，LIU Huanxing，LIAO Yulei

(State Key Laboratory of Autonomous Underwater Vehicle, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)

Received:2013-10-28 Online:2014-04-28 Published:2014-04-28

摘要/Abstract

摘要：

以滑波推进器为原型，基于RANS方程，采用动网格技术计算了6翼异步拍动翼串列时的水动力性能，探讨了来流、摆幅角、翼间距、运动周期和升沉幅度等对其推进性能的影响，并建造样机.计算结果表明，串列异步拍动翼不同位置翼表现出不同的性能，且任一位置翼比单片异步拍动翼产生更大的推力.尾涡分析表明，翼间涡系干扰是不同位置翼性能不同的主要原因，且其干扰对推力的产生有利，小间距时可产生更大推力.

关键词: 串列异步拍动翼, 推进性能, 尾涡干扰, 动网格

Abstract:

The hydrodynamic performance of 6 tandem asynchronous flapping foils (TAFFs), referring to the Wave Glide propulsor, was calculated based on the RANS equations by adopting the dynamic mesh method. The relationship between the freestream velocity, flapping angle, distance between TAFFs, active period and flapping amplitude were investigated and a prototype was built. The results show that TAFF represents different performances at different locations. TAFF can produce higher propulsion than a single asynchronous flapping foil. The characteristics of the wake were analyzed and the reason for TAFF’s different performance was found to be the interaction between TAFF’s wake which was advantageous for propulsive. It can produce higher propulsion when the distance between TAFFs is shorter.

Key words: tandem asynchronous flapping foil(TAFF), propulsion performance, vortices intersection； dynamic mesh

中图分类号:

U 661.43

刘鹏，苏玉民，刘焕兴，廖煜雷. 串列异步拍动翼推进性能分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(04): 457-463.

LIU Peng，SU Yumin，LIU Huanxing，LIAO Yulei. Propulsive Performance Analysis of Tandem Asynchronous Flapping Foil[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2014, 48(04): 457-463.

参考文献

［1］Veers J, Bertram V. Development of the USV multimission surface vehicle III［C］//Proceedings of the 5th International Conference Computer and IT Application in the Maritime Industries. Leiden, Netherlands： COMPIT, 2006: 345355.

［2］Manley J E. Autonomous surface vessels, 15 years of development［C］//Proceedings of Oceans 2008 MTS/IEEE Quebec Conference and Exhibition. Quebec City, Canada：IEEE Service Center, 2008: 14.

［3］Tom Daniel , Justin Manley ,Neil Trenaman. The wave glider: Enabling a new approach to persistent ocean observation and research ［J］. Ocean Dynamics, 2011, 61:15091520.

［4］Hine R, Willcox S, Hine G, et al. The wave glider: A wavepowered autonomous marine vehicle［C］// Proceedings of MTS/IEEE Oceans 2009. Biloxi, MS: IEEE Service Center, 2009: 16.

［5］Justin Manley, Scott Willcox. The wave glider: A new concept for deploying ocean instrumentation［J］. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 2010, 12:813.

［6］Trian Tafyllou M S，Trian Tafyllou G S. An efficient swimming machine ［J］. Scientific, 1995, 272(3):6470.

［7］Jones K D, Castro B M., Mahmoud O，et al. A numerical and experimental investigation of flappingwing propulsion in ground effect［C］// 40th Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. Reno, NV: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2002:114.

［8］苏玉民，黄胜，庞永杰，等. 仿鱼尾潜器推进系统的水动力分析［J］.海洋工程，2002，20(2)：5459．

SU Yumin, HUANG Sheng, PANG Yongjie, et al. Hydrodynamic analysis of submersible propulsion system imitating tunatail ［J］. The Ocean Engineering, 2002, 20( 2) :5459．

［9］张曦, 苏玉民, 王兆立. 振动半圆柱尾流中的二维摆动水翼推进性能研究［J］. 船舶力学, 2012, 16(4): 333341.

ZHANG Xi, SU Yumin , WANG Zhaoli. Research on the propulsion performance of a two dimensional flapping hydrofoil in the wake of an oscillating semicircular cylinder［J］. Journal of Ship Mechanics, 2012, 16( 4) :333341．

［10］于宪钊，苏玉民，李鑫. 基于滑移网格技术的串列翼推进性能分析［J］. 上海交通大学学报，2012，46(8)：13151327.

YU Xianzhao, SU Yumin LI Xin. Propusive performance analysis of tandem wing based on sliding mesh method ［J］. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2012, 46(8): 13151327.

［11］Broering T M, Lian Yongsheng. The effect of phase angle and wing spacing on tandem flapping wings［J］. Acta Mechanica Sinica, 2012, 28(6):15571571.

［12］Broering T M, Lian Yongsheng. Investigation of threedimensional low reynolds number tandem flapping wings［C］// 50th AIAA Aerospace Sciences MeetingNashville. Tennessee: American Institute of Aeronautics and Astronautics ,2012:121

［13］Justin Manley, Scott Willcox. The wave glider: A persistent platform for ocean science［C］// OCEANS 2010 IEEE. Sydney : IEEE Service Center, 2010:15.

［14］Triantafyllou M S, Triantafyllou G S, Yue D K P. Hydrodynamics of fishlike swimming ［J］. Fluid Mech, 2000, 32: 3353.

［15］王福军.计算流体动力学分析CFD软件原理与应用［M］.北京：清华大学出版社，2011:711.

［16］王志东，张晓庆，丛文超. 柔性摆动水翼弦向变形模式及其对推进性能影响的研究［J］. 船舶力学，2010，14(7)：609707.

WANG Zhidong, ZHANG Xiaoqing, CONG Wenchao. Research on influence of chordwise deflection mode on the propulsion performance of flexible flapping Foil［J］. Journal of Ship Mechanics, 2010,14(7): 609707.

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[1]	何金辉, 李明广, 陈锦剑, 夏小和. 考虑动态流体网格的颗粒-流体耦合算法[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(6): 645-651.
[2]	吴利红, 封锡盛, 叶作霖, 李一平. 自主水下机器人强制自航下潜的类物理模拟[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(3): 290-296.
[3]	姚慧岚, 张怀新. 较低雷诺数下ITTC尺度效应换算方法的改进[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(1): 35-41.
[4]	郭泽宇，陈作钢. 基于复杂柔性运动流场数值求解的动网格方案及应用[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2018, 52(4): 403-409.
[5]	刘晗a，马宁a,b*，邵闯a，顾解忡a,b. 限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(01): 115-122.
[6]	郑洋a，陈作钢b，代燚b. 迭代型体积力法预报船舶推进性能[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(02): 269-274.
[7]	王宏志a，邹早建a,b. 航行船与停泊船水动力相互作用的数值分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(04): 445-449.
[8]	顾卫国, 王德忠, 刘诚, 钱楠. 放射性废物桶层析γ扫描动网格重建技术分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(04): 505-512.
[9]	孙寒冰1, 苏玉民1, 邹劲1, 张可心2, 庄佳园1. 高速无人艇纵向航行性能试验[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(02): 278-283.
[10]	张曦, 苏玉民, 王兆立. 尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响 [J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2012, 46(02): 296-300.
[11]	于宪钊, 苏玉民, 李鑫. 梢涡对拍动平板升力性能的影响[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2011, 45(04): 604-608.
[12]	梁修锋，杨建民，李俊，李欣. 自由运动船体迎浪状态下上浪问题的数值模拟[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2010, 44(06): 763-0768.
[13]	杨琼方，王永生，刘凯. 鱼雷推进性能的经验公式与计算流体力学预测[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2010, 44(01): 124-0129.