2007年仿胸鳍推进系统水动力分析：非定常涡格法与运动模型研究

本文档深入探讨了"仿胸鳍推进系统的水动力分析"这一主题，由苏玉敏、曹庆明和赖伟成三位作者在哈尔滨工程大学船舶工程学院进行的研究。研究对象是刚性胸鳍，这是一种关键的水下推进器设计，特别是在仿生学领域，它模仿了某些鱼类如胸鳝的推进方式。 首先，作者构建了两种运动模型，分别是二自由度和三自由度模型，这有助于理解胸鳍在不同角度和运动状态下的动态行为。这种运动模型考虑了胸鳍在从静止到恒定速度过程中的复杂运动特性，包括行程时间和运动比率对水动力性能的影响。 核心部分，作者运用面元法，结合偶极子分布与涡旋分布的等效性，发展出了非定常涡格法（Unsteady Vortex Lattice Method, UVLM）的理论公式。UVLM是一种数值模拟工具，它在流体力学中被用于计算流动场中的涡旋效应，这对于评估胸鳍在水中产生的阻力、升力以及能量转换至关重要。 在分析过程中，每一步都细致入微，包括如何在每个时间步长内通过定常涡格法计算附着涡的涡强，以及自由涡如何随时间步长逐渐生成并考虑其强度的自然衰减。作者采用Biot-Savart定理来确定涡系的诱导速度，这是求解流体动力学问题的关键步骤，而通过非定常伯努利方程则推导出压力计算公式，从而全面评估胸鳍的水动力性能。 论文的研究结果对于理解和优化水下航行器的设计具有重要意义，尤其是在深海机器人或者潜艇推进技术方面，因为胸鳍这样的推进系统能够提供高效且低噪声的推进能力。这篇论文不仅提供了理论分析方法，还展示了如何将这些理论应用于实际工程问题，具有很高的实用价值和学术价值。整个研究过程严谨细致，对于工程技术领域的论文来说，其创新性和实用性都很突出。