新闻动态

结构组成及工作原理　

波浪滑翔器是由水面浮体船、柔性铠装缆、水下牵引机组成的双体结构系统。水面浮体船在波浪的作用下产生上下起伏运动,通过柔性铠装缆拉拽水下牵引机上下运动,受迫垂向运动的水下牵引机水翼与水质点发生相对滑翔运动,水质点对水翼产生前向作用力,水下牵引机产生向前运动,反之,水下牵引机通过柔性铠装缆带动水面浮体船前向运动,

为便于求解水下牵引机滑翔效率,做出如下假设:1)波浪滑翔器的垂向运动完全符合波浪周期T,且为周期性正弦运动;2)以6对水翼代表整个水下牵引机,不考虑水下牵引机其余部件的水动力影响;3)水下牵引机向下滑落时水翼保持很大滑翔角的时间为整个波浪周期的1/5,下落位移为波高H的1/2,此状态下水下牵引机在水中处于自由落体状态,柔性铠装缆对水下牵引机不施加外力作用。

2 数值模型　  

2.1动力学模型

2.2 仿真模型及参数

2.3 网格无关性验证

3 数值计算仿真与分析

太平洋海况波谱如表3所示[10],据表显示太平洋中3级海况很为常见,由于海况的复杂性和不确定性增加了对海浪系统性仿真的难度,因此拟采用太平洋中很常见的3级海况进行仿真以达到简化的效果。

4 水池试验与数据对比分析  

4.1 水池试验

为验证仿真数据的准确性,现利用一定机构进行水池试验验证,其结构如图11所示。定滑轮将水下牵引机固定在一定高度,利用单一变量法将水下牵引机的结构参数根据仿真条件进行相关调整,具体试验结构参数如表4所示。将水下牵引机在水中自由释放,观察记录水下牵引机垂向位移0.5m所需时间及其下滑的纵向位移。

从图中可以看出,试验数据与仿真数据存在一定偏差,分析存在如下原因。

1)试验过程中数据测量存在误差。

2)水池试验装置的边界效应明显,运动过程中边界扰流作用较大,导致水下牵引机运动与仿真存在一定偏差。

3)仿真模型与实际试验设备存在出入,试验模型中除水翼之外存在其余部件,试验过程中其余部件水阻力导致水下牵引机的试验数据与仿真数据存在差别。

4)仿真模型为单对水翼,实际试验模型为6对水翼,水翼之间的流场扰动导致水翼实际受力与仿真存在偏差。

根据两者数据的有效对比可以看出,水翼的仿真数据与水下牵引机的试验数据趋势大体相同。当水翼的俯仰角为20°时,水下牵引机随其自重增加,其垂向位移时间逐渐减小,纵向位移也逐渐减小。在波浪特性匹配方面,45kg的水下牵引机在1/2波高和1/5波周期运动特性方面更加匹配3级海况,即认为45kg为该海况下的很优自重。当水下牵引机处于很优自重时,水翼俯仰角对水下牵引机纵向位移的影响效果明显,当水翼的俯仰角逐渐增大时,水翼升力逐渐增大,水下牵引机纵向位移较大,当水翼俯仰角度增大到25°时,由于水翼迎流面积的增大,水翼产生的前向作用力反而降低,水下牵引机的纵向位移减小,因此认为20°为水翼的很优俯仰角。