翼型对水下滑翔机滑翔性能影响分析

实验尺度水下滑翔机的机翼设计与水动力分析宫宇龙，马 捷，刘雁集，张 凯（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200030）摘 要：为获取优化的实验尺度水下滑翔机水平机翼外形，基于CFD 方法建立了滑翔机仿真模型。

分析了平板机翼各参数间的关系，结合滑翔机特性，将机翼的表征量简化为安装位置、后掠角、展长、展弦比和根梢比等5个设计参数。

通过对比分析各参数对升阻比的影响，提出了一种适用于实验尺度滑翔机的高升阻比水平机翼。

仿真研究了设计的机翼对滑翔机运动的影响，结果表明，滑翔机各状态变量快速收敛，保证了滑翔机在水池环境中的稳态滑翔时间。

关键词：水下滑翔机，平板翼型，机翼变量，FLUENT 仿真 中图分类号：U674.941 文献标志码：A 【DOI 】Flat Wing Designing and Hydrodynamic Analysis for theLaboratory Underwater GliderGONG Y u-long, MA Jie, LIU Yan-ji, ZHANG Kai(State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China)Abstract: T o get a better wing designing for the laboratory underwater glider , a simulation model was made based on CFD. After the analysis of different parameters of the wing and the characters of glider , the five parameters as position, angle, length of the wing, aspect ratio, root shoot ratio are selected to be compared for the designing. After the comparison, a plat wing with higher lift-drag ratio for the laboratory underwater glider was designed. The experiment with the new plat wing indicated that the new design worked better and guaranteed the stability of the underwater glider .Key words: underwater glider; plat wing design; wing parameters; FLUENT simulation0 引言实验尺度的滑翔机机体较小，可在常规水池内完成稳态滑翔运动，便于研究滑翔机的参数辨识与控制等。

可控翼混合驱动水下滑翔机运动性能研究田文龙;宋保维;刘郑国【摘要】提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题.为了研究该滑翔机的运动性能,基于Newton-Euler法建立了六自由度运动数学模型.通过求解稳态滑翔运动平衡方程,定量分析了可控翼翻转角对滑翔机滑翔性能的影响.根据六自由度动力学模型,对该滑翔机的滑翔运动和螺旋桨推进运动进行了仿真研究,仿真结果表明可控翼混合驱动水下滑翔机相比常规水下滑翔机有较高的航行性能.%Underwater gliders are a new class of underwater vehicles. A hybrid-driven underwater glider with independently controllable wings has been designed at Northwestern Polytechnical University. The glider features high efficiency when penetrating the ocean like common underwater gliders and high maneuverability when propelled by a propeller. As part of the development, motion characteristics of the vehicle need to be analyzed. Sections 1, 2 and 3 explain our exploration. Their core consists of; " Firstly, we propose the novel layout of the hybrid-driven underwater glider with independently controllable wings; then, we establish the 6-DOF dynamic model based on Newton-Euler method with gravitation, buoyancy, added-mass and hydrodynamic forces considered; Thirdly, we study the effect of independently controllable wings on the vehicle motion performance quantitatively by solving the equilibrium equation.". Numerical simulations are performed in Section 4. The simulation results, given in Figs.4 through7, demonstrate preliminarily that: ( 1) hybrid-driven underwater glider with independently controllable wings has a better motion performance than those of previous gliders; (2) propeller can enhance the traveling velocity and maneuverability of the glider; (3) the vehicle is stable in all expected motion situations. Section 5 presents our preliminary main conclusions, which may be useful for the future manufacture of the vehicle.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2013(031)001【总页数】7页(P122-128)【关键词】可控翼;混合驱动;水下滑翔机;运动性能;动力学建模【作者】田文龙;宋保维;刘郑国【作者单位】西北工业大学航海学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】TJ6水下滑翔机是一种新型的自主水下航行器，它通过改变自身的负浮力和重浮心的相对位置，利用水平固定翼产生水平方向位移，实现了滑翔器在垂直剖面内的锯齿状轨迹运动，并通过尾舵摆动或改变横滚姿态实现转向运动［1］。

飞翼式混合驱动水下滑翔机水动力与运动特性研究王金强;王聪;魏英杰;张成举【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2018(039)008【摘要】为了提高水下滑翔机的水动力性能和滑翔经济性,提出一种新型飞翼式混合驱动水下滑翔机.为了研究飞翼式混合驱动水下滑翔机的水动力和运动特性,基于计算流体力学Openfoam软件,采用剪切应力传递湍流模型对其在航速为0.5～3.0m/s和攻角、漂角均为0°～21 °工况下流动特性进行分析,并将分析结果与实验结果进行对比;对于运动特性,则基于多体动力学理论,并考虑姿态调节过程中参数变化影响,建立飞翼式混合驱动水下滑翔机运动仿真模型,分别对其推进和滑翔两种典型运动状态进行仿真和外场实验.研究结果表明:仿真结果与外场实验结果具有良好的一致性,验证了仿真方法的准确性,且与传统混合驱动水下滑翔机相比,飞翼式混合驱动水下滑翔机阻力系数随攻角变化速率较大,但随漂角变化速率较小,并具有更优的滑翔经济性和综合水动力性能.【总页数】9页(P1556-1564)【作者】王金强;王聪;魏英杰;张成举【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】P715.5+3【相关文献】1.飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析 [J], 王金强;王聪;魏英杰;张成举2.混合驱动水下滑翔机水动力参数辨识 [J], 牛文栋;王延辉;杨艳鹏;朱亚强;王树新3."海鲟4000"水下滑翔机水动力特性与滑翔性能研究 [J], 刘来连; 闵强利; 张光明4.水下滑翔机高效滑翔水动力性能研究 [J], 李永成;马峥;王小庆5.混合驱动水下滑翔机动力学建模与海试研究 [J], 王树新;刘方;邵帅;王延辉;牛文栋;吴芝亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水下滑翔机的设计与控制随着科技的不断进步，水下滑翔机作为一种新型的无人遥测平台，逐渐引起人们的关注。

水下滑翔机是一种能够在水下按照预定的轨迹进行运动的自主水下航行器。

与传统人工控制的水下航行器相比，它具有更高的自主性和灵活性，并可以长时间进行水下观测和数据采集。

本文将从水下滑翔机的原理、设计和控制等方面分析其特点和应用前景。

一、水下滑翔机的原理水下滑翔机采用的是“片翼滑翔”原理。

它的原理来源于鲨鱼等一些动物在水中行进时，通过操纵水的流动，实现高效的运动方式。

该原理主要是通过改变机身的上下倾斜角度和前后滑行姿态，使机身在水中下滑、上升和滑翔的运动方式，实现机身的推进和运动。

二、水下滑翔机的设计水下滑翔机主要由机身、动力系统、控制系统和传感器等组成。

其中，机身是水下滑翔机的核心部件，主要负责实现水下滑翔的运动方式。

在机身的前端安装传感器和控制系统，用于实现自主控制和数据采集。

1. 机身设计水下滑翔机的机身通常采用双圆筒形结构，相邻两圆筒间隔装有可伸缩的翼片。

其机身外形与鲨鱼类似，能够通过上下调整、前后滑行等方式实现运动控制。

机身中央部分为电池和控制系统，同时配有浮力块以保持运动的平衡。

2. 动力系统设计水下滑翔机的动力系统主要由电池和电动机组成，具有环保、高耐用、低噪音等特点。

其电池通常采用锂电池，能够支持长时间的运行；电动机则是通过传动链条带动翼片，实现机体在水中的上下移动。

3. 控制系统设计负责水下滑翔机自主控制和姿态的检测。

通常采用导航、GPS、陀螺仪等探测器组成。

能够在水下自主寻址、避障、测量、互动等操作。

其中的导航系统主要是用来判断机身运动的方向和速度；GPS系统用来判断机体的位置和测量深度；陀螺仪则用于测量姿态角和加速度。

4. 传感器设计水下滑翔机的传感器主要包括水温、水压、水流速等探测。

其中的水温、水压能够反映海洋环境的变化；水流速则反映水体中水流的情况。

通过传感器所采集到的数据，可以对海洋环境进行深入了解，并为相关科学研究提供重要支持。

第３５卷第２期２０２１年４月　江苏科技大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ ３５Ｎｏ ２Ａｐｒ．２０２１ ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２１．０２．００３外形参数对翼身融合水下滑翔机的高升阻比特性影响研究张代雨，王志东，凌宏杰，朱信尧（江苏科技大学船舶与海洋工程学院，镇江２１２１００）摘　要：针对翼身融合水下滑翔机，分析了各种外形参数对其升阻比的影响大小排列，以提高外形设计效率．首先，基于势流理论和粘性修正，提出一种可实现翼身融合水下滑翔机外形参数大变形情况下的升阻比快速计算方法；然后，采用最优拉丁超立方设计进行外形参数的高效均匀采样，并建立多元二次回归模型对样本数据进行最小二乘拟合；最后，根据归一化的回归模型系数，得到不同外形参数对升阻比的影响率大小排列．结果表明，扭转角、攻角及两者的耦合参数对升阻比的影响显著，在翼身融合水下滑翔机外形设计时应优先调整．关键词：水下滑翔机；升阻比计算；最优拉丁超立方设计；多元二次回归模型中图分类号：Ｕ６７４ ９４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４８０７（２０２１）０２－０１９－０５收稿日期：２０１９－１１－０４ 修回日期：２０２０－０４－１６基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１９０９１１０）；江苏省高等学校自然科学研究基金资助项目（１９ＫＪＢ５７０００１）；江苏省高校高技术船舶协同创新计划项目（ＨＺ２０１９００１９）作者简介：张代雨（１９８８—），男，博士，讲师，研究方向为水下航行器设计．Ｅ ｍａｉｌ：ｄａｉｙｕ．ｚｈａｎｇ＠ｏｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ引文格式：张代雨，王志东，凌宏杰，等．外形参数对翼身融合水下滑翔机的高升阻比特性影响研究［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０２１，３５（２）：１９－２３．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２１．０２．００３．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｈｉｇｈｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒｗｉｔｈｂｌｅｎｄｅｄｗｉｎｇｂｏｄｙＺＨＡＮＧＤａｉｙｕ，ＷＡＮＧＺｈｉｄｏｎｇ，ＬＩＮＧＨｏｎｇｊｉｅ，ＺＨＵＸｉｎｙａｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒｗｉｔｈｂｌｅｎｄｅｄｗｉｎｇｂｏｄｙ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏｉｓｓｔｕｄｉｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｑｕｉｃｋｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｌｏｗｔｈｅｏｒｙａｎｄｖｉｓｃｏｕｓｉｔｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａ ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒｗｉｔｈｂｌｅｎｄｅｄｗｉｎｇｂｏｄｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌＬａｔｉｎｈｙｐｅｒ ｃｕｂｅｄｅｓｉｇｎｉｓｕｓｅｄｔｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｌｙｓａｍｐｌｅｔｈｅｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅｑｕａｄｒａｔｉｃｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｆｉｔｔｉｎｇｏｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｄａｔａ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｉｎｆｌｕ ｅｎｃｅｏｆｓｈａｐｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏｉｓｏｂｔａｉｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌｃｏｅｆｆｉ ｃｉｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｗｉｓｔａｎｇｌｅ，ａｎｇｌｅｏｆａｔｔａｃｋａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｕｐｌｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｈａｖｅｔｈｅｍｏｓｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅａｄｊｕｓｔｅｄｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｓｈａｐｅｄｅｓｉｇｎｏｆｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｇ ｂｏｄｙｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏ，ｏｐｔｉｍａｌＬａｔｉｎｈｙｐｅｒｃｕｂｅｄｅｓｉｇｎ，ｍｕｌｔｉｐｌｅｑｕａｄｒａｔｉｃｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅｌ 海洋占地球表面积的７１ ８％，具有丰富的自然资源，世界上各国对海洋资源的开发与利用日益重视．水下滑翔机（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ，ＡＵＧ）［１－４］作为一种新型的水下航行器，主要通过调节净浮力来改变其运动姿态，实现在水中的滑翔运动．其对能源的需求量小，制造成本低，可以长时间在不同深度、不同广度的海域中航行，目前越来越受到各国研究人员的重视．相较于由回转体、水翼和操纵面组成的传统布局水下滑翔机，翼身融合水下滑翔机具有翼型剖面形状的扁平机身，且水翼与机身平滑地融合在一起，可大幅提高升阻比．但翼身融合水下滑翔机的外形曲面复杂，需要使用大量的外形参数进行描述，在水下滑翔机设计过程中若对这些参数都进行详细设计，效率不高．因此，分析各种外形参数对升阻比的影响，划分出外形主要影响参数和次要影响参数，可指导设计者进行快速设计，减少设计成本，提高设计效率．采用试验设计方法（ｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ＤＯＥ）［５－６］可进行翼身融合水下滑翔机外形参数对升阻比的影响率分析，但需要对生成的每一个样本点进行相应的升阻比计算．目前，计算流体力学（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）方法为常用的翼身融合水下滑翔机升阻比计算方法［７－９］，并且经过科研人员多年的努力，已开发出ＣＦＸ、ＦＬＵＥＮＴ和ＳＴＡＲ－ＣＤ等多款成熟的商业ＣＦＤ软件［１０－１３］，均可应用于翼身融合水下滑翔机升阻比的精确计算．但ＣＦＤ方法主要通过对流体计算域进行网格划分得到空间网格，并在空间网格上建立离散的大规模代数方程组，进而进行流体动力参数的求解，计算耗时较长，此外对空间网格（也称为体网格）的质量要求较高［１４］．而使用ＤＯＥ方法进行翼身融合水下滑翔机的升阻比影响参数分析时，所需的外形参数变化范围较大，无论是网格自动生成还是网格变形方法均会导致新生成的网格质量较差，不能应用于多样本点的升阻比自动计算，若手工对每一个样本点进行计算，计算时间大幅增加；此外，所需的样本点较多，由于每个样本点的ＣＦＤ耗时严重，导致总的计算耗时十分严重．针对上述问题，文中首先基于势流理论，提出一种翼身融合水下滑翔机的升阻比快速计算方法，实现外形参数大变形情况下的升阻比快速计算；然后，采用最优拉丁超立方设计进行样本采样，并建立回归模型对样本点数据进行分析；最后，得到水下滑翔机外形参数对升阻比的影响率大小排列．１　翼身融合水下滑翔机外形参数借鉴于航空中新一代飞行器翼身融合布局［１５］的高升阻比特点，翼身融合水下滑翔机外形主要采用扁平椭球机身，且机身与机翼平滑连接，且每一个横截面均为翼型剖面．图１为１１个翼型剖面组成的翼身融合水下滑翔机外形，其外形左右对称．分析图１可知，翼身融合水下滑翔机的几何外形建模主要由两类参数决定：（１）每个翼型剖面的形状参数．形状参数具体指的是每个展向翼型剖面所选择的翼型类型、弦长和厚度等参数．（２）每个翼型剖面的扭转角参数．扭转角是各个展向位置翼型剖面弦长相对于翼根剖面弦长扭转的角度，当扭转使翼型剖面前缘向下时为负值，使前缘向上时为正值．图１　翼身融合水下滑翔机外形Ｆｉｇ．１　Ｓｈａｐｅｏｆｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｇ ｂｏｄｙｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ２　水下滑翔机的升阻比快速计算基于势流理论，提出一种翼身融合水下滑翔机的升阻比快速计算方法，并对其进行了粘性修正．由于该方法仅需对外形表面进行离散化，因此，与ＣＦＤ方法对体网格的高质量要求相比，对表面网格的质量要求大大降低，可实现外形参数大变形情况下的升阻比快速计算．２ １　基于势流理论的升阻比快速计算为了计算翼身融合水下滑翔机的升阻比，给定翼身融合水下滑翔机外形和相应的边界条件后，需要对外形外部的流体计算域Ｖ进行求解．如果流体计算域中的流体被认为是无漩不可压的，则控制方程为：２Φ＝０（１）式中Φ为速度势函数．在滑翔机的固定体坐标系中，相应的边界条件为： Φ·ｇｎ＝０ 物面边界上（２）ｌｉｍｒ→∞（ Φ－ｖ）＝０　无穷远处（３）式中：ｎ为物面边界上的法向单位向量；ｖ为无穷远处来流速度．基于格林公式，计算域内任一点的速度势可表示为：Φ（ｐ）＝１４π∫ＳＢ＋ＳＷμｎ· １()ｒｄＳ－１４π∫ＳＢσ１()ｒｄＳ＋Φ∞（ｐ）（４）０２江苏科技大学学报（自然科学版）２０２１年式中：ＳＢ为水下滑翔机外形表面；ＳＷ为尾涡面；ｒ为点ｐ到外形表面上一点的距离；σ为外形表面上分布的源汇强度；μ为外形表面上分布的偶极子强度．在式（４）中，σ和μ的分布未知，若求得σ和μ的值，则计算域内任一点ｐ的速度势均可通过式（４）求解．因式（４）对外形表面的每一个点均成立，文中将外形表面进行离散，划分为许多小的面元，并在每个面元的中点处引入式（４）进行速度势计算，进而得到一组线性代数方程组：∑Ｎｊ＝１（Ｃｉｊμｊ＋Ｂｉｊσｊ）＋∑Ｎｗｊ＝１Ｃｗｉｊμｗｊ＝０ｉ＝１，…，Ｎ（５）式中：μｊ和σｊ为每一个面元分布的偶极子和源汇强度；μｗｊ为每一个尾涡面元上分布的偶极子强度；Ｃｉｊ、Ｂｉｊ和Ｃｗｉｊ均为系数因子，具体计算表达式为：Ｃｉｊ＝１４π∫Ｓｊｎ· １()ｒｄＳ　ｉ≠ｊ－１２{ｉ＝ｊＢｉｊ＝－１４π∫Ｓｊ１ｒｄＳ（６）Ｃｗｉｊ＝１４π∫Ｗｊｎ· １()ｒｄＳ式中：Ｓｊ和Ｗｊ分别为水下滑翔机外形上的面元和尾涡面上的面元．求解方程式（５），可得到σ和μ值．然后，基于伯努利方程和Ｔｒｅｆｆｔｚ平面法可求得水下滑翔机外形的压力分布和诱导阻力，进而可实现升阻比的快速计算．２ ２　考虑粘性的升阻比修正求解的无粘流场可以用以计算精确的诱导阻力，但不能计算水下滑翔机受到的粘性阻力，需要对其进行粘性修正．进行耦合的边界层和势流求解是一种常用的粘性修正方法，通过该方法可以包含边界层的影响，进而计算粘性阻力，但需要边界层和势流的耦合迭代求解，计算量大．文中采用一种简单的方法进行粘性阻力修正．首先，确定位于水下滑翔机后缘的面元个数，并以每个后缘面元的中点为展向位置，截取水下滑翔机的横截面，建立等后缘面元个数的翼型剖面．然后，假设在每个翼型剖面上，粘性阻力系数与升力系数是二次函数关系：ｃｄ０＝α１（Ｒｅ）ｃ２ｌ＋α２（Ｒｅ）ｃｌ＋α３（Ｒｅ）（７）式中：ｃｄ０为每个翼型剖面的粘性阻力系数；ｃｌ为每个翼型剖面的升力系数；α１，α２，α３为二次函数系数，其与各个翼型剖面的局部雷诺数有关，具体通过各个翼型的阻力极曲线或者阻力数据拟合函数计算．最后，在展向方向对每个翼型剖面的粘性阻力系数进行积分，即可得到整个水下滑翔机的粘性阻力系数，进而对升阻比进行粘性修正．２ ３　翼身融合水下滑翔机实例验证采用一型左右对称的翼身融合水下滑翔机对提出的升阻比快速计算方法进行验证，其具体外形如图１．分别采用Ｆｌｕｅｎｔ软件和所提方法计算不同攻角下的升阻比大小，并将结果进行对比．需说明的是因外形左右对称，使用Ｆｌｕｅｎｔ软件和所提方法计算升阻比时，均设置对称边界，取右半边外形进行计算，以加快计算速度．图２为使用文中所提方法进行翼身融合水下滑翔机升阻比计算时的面元网格，图３为计算后的表面压力系数分布．图２　翼身融合水下滑翔机表面的面元网格Ｆｉｇ．２　Ｓｕｒｆａｃｅｇｒｉｄｏｆｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｇ ｂｏｄｙｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ图３　翼身融合水下滑翔机表面的压力系数分布Ｆｉｇ．３　Ｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｇ ｂｏｄｙｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ表１为不同攻角下，Ｆｌｕｅｎｔ软件和文中所提方法计算的升阻比大小．表１　Ｆｌｕｅｎｔ和文中方法的升阻比计算结果对比Ｔａｂｌｅ１　Ｒｅｓｕｌｔｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏｃｏｍｐｕｔｅｄｂｙＦｌｕｅｎｔａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｍｅｔｈｏｄ攻角／（°）升阻比Ｆｌｕｅｎｔ文中方法２２１ １２１ ５４２７ ８２７ ３６２５ ９２５ ４８２１ ８２２ １１０１８ ６１９ １ 分析表１可知，与Ｆｌｕｅｎｔ计算结果相比，文中１２第２期 张代雨，等：外形参数对翼身融合水下滑翔机的高升阻比特性影响研究所提方法的计算误差在３％以内，满足后续分析所需的计算精度要求．３　外形参数对升阻比的影响基于ＤＯＥ方法进行翼身融合水下滑翔机外形参数的样本采样，并建立回归模型进行外形参数对升阻比的影响大小分析．３ １　最优拉丁超立方采样进行升阻比主因素分析前，需要采用ＤＯＥ方法合理而有效地获得不同水下滑翔机外形参数相关联的升阻比数据值，并使用最少的样本点数目获得最多的升阻比信息．目前，常用的ＤＯＥ方法主要包括全因子设计、部分因子设计、正交数组、中心组合设计、拉丁超立方设计、最优拉丁超立方设计等［１６］．其中，拉丁超立方设计对设计空间的填充能力强，相比全因子设计，可以用更少的样本点填充满整个空间．此外，拉丁超立方设计的拟合非线性响应能力强，相比正交试验，采用同样的样本点个数可以研究更多的因素组合．最优拉丁超立方设计是对拉丁超立方设计的进一步改进，使所有的样本点更加均匀地分布在整个设计空间，具有更好的空间填充性和均衡性．因此，文中使用最优拉丁超立方方法进行翼身融合水下滑翔机样本点的采样．首先，选择翼身融合水下滑翔机的外形左右对称，取一半外形进行升阻比计算，文中仅选取与右半边６个翼型剖面相关联的参数作为试验设计的因子，且具体分为两类：①６个翼型剖面的厚度比例参数Ｔｈｉｃｋｉ（ｉ＝１，…，６），通过改变其值的大小可改变每个翼型剖面的厚度；②６个翼型剖面的扭转角参数Ｔｈｅｔａｉ（ｉ＝１，…，６），通过改变其值大小可改变每个翼型剖面在ｘｙ平面的旋转角度．此外，考虑到翼身融合水下滑翔机的攻角对升阻比的影响显著，文中还将攻角Ａｌｐｈａ作为试验设计的因子．综上，各个试验因子的具体描述如表２．表２　试验设计因子描述Ｔａｂｌｅ２　ＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｏｆＤＯＥｆａｃｔｏｒｓ试验因子上下限定义Ｔｈｉｃｋｉ［０ ８，１ ２］翼型厚度比例Ｔｈｅｔａｉ［０，２］翼型剖面旋转角Ａｌｐｈａ［０，６］攻角 对于上述翼身融合水下滑翔机的１３个试验设计因子，采用最优拉丁超立方方法对其进行取样，设置取样个数为５０个．针对生成的５０个参数样本点，采用文中提出的方法快速计算相应的水下滑翔机升阻比Ｌ／Ｄ数据值．３ ２　外形参数对升阻比的影响排列使用多元二次回归模型［１７］进行各种翼身融合水下滑翔机外形参数对升阻比的影响大小排列．首先，根据以上得到的水下滑翔机参数样本点和升阻比Ｌ／Ｄ数据值，建立多元二次回归模型：ｙ＝θ＋∑αｉｘｉ＋∑βｉｘ２ｉ＋∑ｉ≠ｊγｉｊｘｉｘｊ（８）式中：θ、αｉ、βｉ和γｉｊ为回归模型中各项的系数．αｉ、βｉ和γｉｊ反映了回归模型中每一项对响应的效应．其中：αｉ为回归模型的线性主效应；βｉ为回归模型的二阶主效应；γｉｊ为回归模型的交互效应．为了更客观、直观地反应各个输入变量对响应的影响，对多元二次回归模型的建立过程进行归一化．首先，将输入变量统一归一化到［－１，＋１］后，使用最小二乘法求式（８）中系数；然后，将归一化后的回归模型系数通过式（９）转化为影响率百分比．Ｎαｉ＝１００αｉ∑｜αｉ｜＋∑｜βｉ｜＋∑｜γｉｊ｜Ｎβｉ＝１００βｉ∑｜αｉ｜＋∑｜βｉ｜＋∑｜γｉｊ｜（９）Ｎγｉ＝１００γｉ∑｜αｉ｜＋∑｜βｉ｜＋∑｜γｉｊ｜然后，基于由式（８、９）建立的归一化多元二次回归模型及计算出的影响率百分比，使用Ｐａｒｅｔｏ图描述回归模型中各项对升阻比的影响程度百分比（图４），图中浅色的条形表示正影响，深色的条形则表示反影响．图４　各类参数对升阻比Ｌ／Ｄ影响的Ｐａｒｅｔｏ图Ｆｉｇ．４　Ｐａｒｅｔｏｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｖａｒｉｏｕｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｌｉｆｔ ｔｏ ｄｒａｇｒａｔｉｏ由图４可知，Ｔｈｅｔａ１和Ｔｈｅｔａ３的乘积项对Ｌ／Ｄ具有最大的正影响，Ｔｈｅｔａ１和Ａｌｐｈａ的乘积项对Ｌ／Ｄ具有最大的反影响；紧接着对Ｌ／Ｄ具有正影响的因素从大到小依次为Ａｌｐｈａ、Ｔｈｅｔａ２和Ｔｈｅｔａ６２２江苏科技大学学报（自然科学版）２０２１年的乘积项、Ｔｈｅｔａ２和Ｔｈｉｃｋ１的乘积项等，对Ｌ／Ｄ具有反影响的因素从大到小依次为Ｔｈｅａｔａ１和Ｔｈｉｃｋ４的乘积项、Ａｌｐｈａ的平方项、Ｔｈｅｔａ２和Ｔｈｉｃｋ４的乘积项等．综合来看，扭转角参数、攻角参数和两者的耦合项对Ｌ／Ｄ的影响显著，厚度比例参数及与其有关的耦合项对Ｌ／Ｄ的影响相对较弱，因此，在翼身融合水下滑翔机的外形设计过程中，应主要对扭转角参数和攻角参数进行调整，以改善翼身融合水下滑翔机的升阻比特性．４　结论（１）提出一种翼身融合水下滑翔机的升阻比快速计算方法，该方法首先基于势流理论计算出压力分布和诱导阻力，再进行粘性修正，计算出精确的升阻比．相比于ＣＦＤ方法，所提方法计算耗时少，仅需生成表面网格，对网格的质量要求低．实例验证表明，所提方法的计算误差在３％以内．（２）基于提出的升阻比快速计算方法，对最优拉丁超立方设计生成的样本点进行自动升阻比计算，并建立多元二次回归模型对计算的数据进行分析．结果表明，扭转角、攻角和其耦合参数对Ｌ／Ｄ的影响显著，在翼身融合水下滑翔机外形设计中应优先调整以提高设计效率．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］　ＲＵＤＮＩＣＫＤＬ，ＰＡＮＣｈｕｄｏｎｇ．Ｏｃｅａｎｒｅｓｅａｒｃｈｅｎａ ｂｌｅｄｂｙｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒｓ［Ｊ］．ＡｎｎｕａｌＲｅｖｉｅｗｏｆＭａｒｉｎｅＳｃｉｅｎｃｅ，２０１６，８（１）：５１９－５４１．ＤＯＩ：１０．１１４６／ａｎｎｕｒｅｖ ｍａｒｉｎｅ－１２２４１４－０３３９１３．［２］　ＦＡＮＳ，ＷＯＯＬＳＥＹＣＡ．Ｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄ ｅｒｓｉｎｃｕｒｒｅｎｔｓ［Ｊ］．ＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４（８４）：２４９－２５８．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｏｃｅａｎｅｎｇ．２０１４．０３．０２４．［３］　沈新蕊，王延辉，杨绍琼，等．水下滑翔机技术发展现状与展望［Ｊ］．水下无人系统学报，２０１８，２６（２）：８９－１０５．ＤＯＩ：１０．１１９９３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－３９２０．２０１８．０２．００１．ＳＨＥＮＸｉｎｒｕｉ，ＷＡＮＧＹａｎｈｕｉ，ＹＡＮＧＳｈａｏｑｉｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒｓ：ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｍａｎｎｅｄＵｎｄｅｒｓｅａＳｙｓｔｅｍｓ，２０１８，２６（２）：８９－１０５．ＤＯＩ：１０．１１９９３／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－３９２０．２０１８．０２．００１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］　ＬＩＣ，ＷＡＮＧＰ，ＤＯＮＧＨ，ｅｔａｌ．Ａｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｓｈａｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｇ ｂｏｄｙｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒｓ［Ｊ］．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄＭｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，２０１８，５８（５）：２１８９－２２０２．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ００１５８－０１８－２００５－４．［５］　ＰＡＵＬＯＦ，ＳＡＮＴＯＳＬ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣ，２０１７（７７）：１３２７－１３４０．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｍｓｅｃ．２０１７．０３．２１９．［６］　ＷＡＮＧＺ，ＹＵＪ，ＺＨＡＮＧＡ，ｅｔａｌ．Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｇｅｏ ｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｈａｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｆｌｙｉｎｇ ｗｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，３１（６）：７０９－７１５．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ１３３４４－０１７－００８１－７．［７］　李冬琴，章易立，李鹏，等．支柱形式对小水线面双体船波浪增阻和运动响应的影响［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０２０，３４（１）：１－７．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２０．０１．００１．ＬＩＤｏｎｇｑｉｎ，ＺＨＡＮＧＹｉｌｉ，ＬＩＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｔｒｕｔｆｏｒｍｏｎａｄｄｅｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｍｏｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｗａｔｅｒ ｐｌａｎｅａｒｅａｔｗｉｎｈｕｌｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０２０，３４（１）：１－７．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０２０．０１．００１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［８］　孙春亚，宋保维，王鹏．翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析［Ｊ］．舰船科学技术，２０１６，３８（１０）：７８－８３．ＤＯＩ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－７６１９．２０１６．０１０．０１５．ＳＵＮＣｈｕｎｙａ，ＳＯＮＧＢａｏｗｅｉ，ＷＡＮＧＰｅｎｇ．Ｓｈａｐｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｇ ｂｏｄｙｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ［Ｊ］．ＳｈｉｐＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，３８（１０）：７８－８３．ＤＯＩ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－７６１９．２０１６．０１０．０１５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［９］　王金强，王聪，魏英杰，等．飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２０１８，５０（４）：１３７－１４３．ＤＯＩ：１０．１１９１８／ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７－６２３４．２０１７０７０８４．ＷＡＮＧＪｉｎｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧＣｏｎｇ，ＷＥＩＹｉｎｇｊｉｅ，ｅｔａｌ．Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｏｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｌｙｉｎｇ ｗｉｎｇｄｉｓｈ ｓｈａｐｅｄａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，５０（４）：１３７－１４３．ＤＯＩ：１０．１１９１８／ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７－６２３４．２０１７０７０８４．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［１０］　凌杰，王毅，窦朋，等．钝体滑行艇喷溅阻力计算方法研究［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０１８，３２（４）：４５９－４６４．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１８．０４．００１．ＬＩＮＧＪｉｅ，ＷＡＮＧＹｉ，ＤＯＵＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｆｓｐｒａｙｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｂｌｕｎｔｂｏｄｙｐｌａｎｉｎｇｃｒａｆｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１８，３２（４）：４５９－４６４．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１８．０４．００１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（下转第５１页）３２第２期 张代雨，等：外形参数对翼身融合水下滑翔机的高升阻比特性影响研究［２］　吕萌，蔡金燕，张志斌．多退化模式下的电子装备可靠性建模［Ｊ］．火力与指挥控制，２００９，３４（１０）：１６４－１６６，１７０．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－０６４０．２００９．１０．０４５．Ｌ Ｍｅｎｇ，ＣＡＩＪｉｎｙａｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｉｂｉｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｕｎｄｅｒｍｕｌｔｉｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｏｄｅ［Ｊ］．ＦｉｒｅＣｏｎｔｒｏｌ＆ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００９，３４（１０）：１６４－１６６，１７０．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－０６４０．２００９．１０．０４５．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［３］　黄周霖，王召斌，王佳炜，等．磁继电器长贮零失效情况下的Ｂａｙｅｓ可靠性评估方法［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０１９，３３（５）：６７－７２．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１９．０５．０１１．ＨＵＡＮＧＺｈｏｕｌｉｎ，ＷＡＮＧＺｈａｏｂｉｎ，ＷＡＮＧＪｉａｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ｂａｙｅｓｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｌｏｎｇｓｔｏｒａｇｅｚｅｒｏｆａｉｌｕｒｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｌａｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１９，３３（５）：６７－７２．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１９．０５．０１１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［４］　王召斌．航天电磁继电器贮存可靠性退化试验与评价方法的研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１３．［５］　董宝旭．继电器类单机加速贮存试验及可靠性评价研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１６．［６］　马跃．航天继电器失效机理与寿命预测方法的研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１３．［７］　葛蒸蒸，王悦庭，赵文晖，等．多元加速退化数据评估弹上产品贮存可靠性［Ｊ］．现代防御技术，２０１８，４６（２）：１３０－１３６．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－０８６ｘ．２０１８．０２．０２１．ＧＥＺｈｅｎｇｚｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＹｕｅｔｉｎｇ，ＺＨＡＯＷｅｎｈｕｉ，ｅｔａｌ．Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｓｔｏｒａｇｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｄａｔａ［Ｊ］．ＭｏｄｅｒｎＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，４６（２）：１３０－１３６．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－０８６ｘ．２０１８．０２．０２１．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）［８］　黄晓毅．航天继电器贮存加速试验及寿命预测方法的研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１３．［９］　ＹＥＸ，ＬＩＮＹ，ＷＡＮＧＱ，ｅｔａｌ．Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ 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ｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒａｉｒｃｒａｆｔｄｅｓｉｇｎｓｔｕｄｉｅｓ［Ｊ］．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＭｕｌｔｉｄｉｓｉｃＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，２０１４，５０（６）：１０７９－１１０１．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ００１５８－０１４－１１０８－９．［１５］　ＱＩＮＮ，ＶＡＶＡＬＬＥＡ，ＭＯＩＧＮＥＡＬ，ｅｔａｌ．Ａｅｒｏｄｙ ｎａｍｉｃｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｏｆｂｌｅｎｄｅｄｗｉｎｇｂｏｄｙａｉｒｃｒａｆｔ［Ｊ］．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００４，４０（６）：３２１－３４３．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｐａｅｒｏｓｃｉ．２００４．０８．００１．［１６］　韩中华，张科施．基于代理模型的工程设计：实用指南［Ｍ］．北京：航空工业出版社，２０１８．［１７］　王婵．粒子群算法的改进及其在ＣＲＨ３型动车组结构优化的应用研究［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１８．（责任编辑：贡洪殿）１５第２期 李维燕，等：基于主元分析的电磁继电器贮存失效机理研究。

为什么飞机的机翼形状会影响飞行飞机的机翼是其最重要的组成部分之一，其形状对飞行性能有着重大影响。

在设计飞机的机翼形状时，工程师们考虑着多种因素，包括气动性能、稳定性和操纵性等。

本文将详细讨论飞机的机翼形状对飞行性能的影响。

一、机翼气动性能飞机在飞行过程中，机翼必须产生足够的升力来克服重力，这取决于机翼的气动性能。

机翼的气动性能主要取决于其截面形状，即机翼剖面的空气流动特性。

不同的机翼剖面形状会产生不同的升阻比（Lift-to-Drag Ratio），这是衡量机翼气动性能的指标。

常见的机翼剖面形状有平直翼、椭圆翼、角形翼等。

平直翼形状简单，适用于低速飞行，但其升阻比较低，效率较低。

椭圆翼形状更适用于高速飞行，其升阻比较高，效率更高。

角形翼则结合了平直翼与椭圆翼的特点，适用于中速飞行。

二、机翼稳定性机翼的形状对飞机的稳定性也有着重要影响。

稳定性是指飞机在受到外力干扰后能够自动回复平衡的能力。

一个稳定的飞机更容易控制和操纵，减少飞行员的负担。

机翼的形状可以通过改变其前缘后掠角和悬臂角等参数来影响飞机的稳定性。

前缘后掠角是指机翼前缘线与飞行方向之间的夹角，悬臂角是指机翼与飞机机身之间的夹角。

适当的前缘后掠角和悬臂角设计可以使得飞机具有良好的稳定性和操纵性。

三、机翼操纵性机翼的操纵性指的是飞机在飞行中通过机翼的姿态调整来实现姿态控制、转弯和俯仰等动作。

机翼形状对机翼的操纵性有着直接影响。

机翼的形状可以影响机翼的扭转刚度和扰动传播。

通常来说，机翼的扭转刚度越大，飞机的操纵性越好。

此外，机翼形状的变化还会对机翼表面产生压力分布的变化，从而影响机翼的升力和阻力特性，进而影响飞机的操纵性。

结论飞机的机翼形状对飞行性能具有重要影响。

机翼的气动性能、稳定性和操纵性都受到机翼形状的制约。

通过合理设计和优化机翼形状，可以提高飞机的飞行效率、稳定性和操纵性能，进而提升整体飞行安全性和操作效果。

设计飞机机翼形状需要综合考虑多个因素，包括飞行速度、飞行高度、任务需求等。

翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析翼身融合水下滑翔机是一种新型的水下机器人，它结合了飞机的翼和鱼类的身体，可以在水下自由滑动和滑翔。

因其独特的外观和卓越的水动力特性，翼身融合水下滑翔机成为了水下研究领域的重要研究对象。

一、外形设计翼身融合水下滑翔机的外形设计是其性能优良的重要前提。

它的外形需要充分考虑流体的流动特性和水下机器人的运行需求。

具体的设计要点有：1. 翼型设计翼型是翼身融合水下滑翔机的核心设计之一，它的形状和厚度对水动力性能影响较大。

一般来说，翼型需要具备较好的升力特性，并且在水下滑翔时能够产生足够的升力和稳定性。

目前，研究表明NACA0015翼型是翼身融合水下滑翔机比较优秀的选择，但也可以根据实际需求进行设计。

2. 圆滑的外形翼身融合水下滑翔机的外形应该尽可能的圆滑，以减少水流湍流和阻力。

光滑的外表面还能增强翼身融合水下滑翔机的推进效率，提高其运动稳定性。

3. 融合设计翼身融合是翼身融合水下滑翔机的重要特征之一，最早是借鉴了鱼类的身体结构。

在翼身融合设计中，翼面和身体形成一个平滑的过渡，从而减小水动力拖力，提高运行效率。

这种设计优于传统的摩擦阻力较大的平面翼和圆柱状的机身。

二、水动力特性翼身融合水下滑翔机的水动力特性是其性能的一个关键因素，直接影响其运动的稳定性和效率。

在设计翼身融合水下滑翔机时，需要考虑以下几个方面：1. 升力和阻力升力和阻力是翼身融合水下滑翔机的关键水动力特性，它们直接影响翼身融合水下滑翔机的滑行和滑翔能力。

通过改变机身的翼型、融合和截面等参数，可以达到改变升力和阻力的目的。

2. 稳定性和灵敏度稳定性和灵敏度是翼身融合水下滑翔机的另外两个关键水动力特性。

稳定性是指翼身融合水下滑翔机的倾向于保持一定的方向和姿态，而灵敏度是指翼身融合水下滑翔机对于外界的变化的反应速度。

这些特性也可以通过调整翼身结构和相关参数来实现。

3. 操纵性操纵性是指翼身融合水下滑翔机的人类操纵时的反应以及机器人自动控制时的定向变化速度。

翼身融合飞翼式水下滑翔机的水动力性能研究
熊仲营;刘越尧;雷新桃;樊夏瑞
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2024(46)6
【摘要】本文依据翼身融合式飞行器的设计理念设计一种飞翼式水下滑翔机,及其主要设计参数。

通过计算发现该飞翼式水下滑翔机较传统水下滑翔机拥有更大的升阻比,可达到15以上。

流场分布结果显示飞翼式水下滑翔机在特定速度0.1 m/s、0.3 m/s和0.5 m/s下,机翼周围并未出现明显的流动分离,且机翼表面压力较大程度取决于攻角的大小。

对比了不同雷诺数下的机翼表面涡脱落情况,发现随着攻角增大涡的脱落急剧增多,且翼梢小翼尾部涡脱落最为严重,极大影响滑翔机的水动力特性。

【总页数】8页(P90-97)
【作者】熊仲营;刘越尧;雷新桃;樊夏瑞
【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U674.941
【相关文献】
1.翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析
2.飞翼式混合驱动水下滑翔机水动力与运动特性研究
3.翼身融合水下滑翔机剖面水翼定常吸流主动流动控制数值
研究4.翼身融合水下滑翔机总体设计及性能分析5.基于滑移网格的翼身融合水下滑翔机水动力性能研究
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基于拍动推进方式的新型水下滑翔机运动特性研究水下滑翔机是一种新型的水下探测工具，它通过利用水的密度差异，利用拍动推进方式实现在水下的滑行。

由于其具有高效、低噪音、灵活性强等特点，受到了广泛的关注和研究。

本文将从水下滑翔机的运动特性出发，探讨其在水下的运动规律以及对环境的影响。

首先，水下滑翔机的运动主要依靠拍动推进方式，即通过机器人自身的运动来产生推进力，实现在水下的滑行。

相比传统的推进方式，如螺旋桨或喷水推进，拍动推进方式具有更高的效率和灵活性，可以更好地适应复杂的水下环境。

同时，由于拍动推进方式产生的噪音较小，对海洋生物影响较小，因此在水下滑翔机的设计和应用中得到了广泛的应用。

其次，水下滑翔机的运动特性受到多种因素的影响，包括机体的形状、拍动频率和幅度、水下环境的流场等。

在水下滑翔机的设计中，需要考虑这些因素的影响，优化机器人的运动方式，以实现更高效的水下滑行。

同时，水下滑翔机的运动特性还受到水下环境的影响，包括水温、盐度、流速等因素，这些因素对水下滑翔机的性能和稳定性有着重要的影响。

另外，水下滑翔机在水下的运动规律也需要进行深入研究。

水下滑翔机的运动受到水的阻力和浮力的影响，在设计水下滑翔机的运动方式时，需要考虑这些因素的影响，优化机器人的运动轨迹，以实现更高效的水下探测。

同时，水下滑翔机的运动规律也受到机体形状和材料的影响，需要通过数值模拟和实验研究来揭示水下滑翔机的运动规律和优化控制方法。

最后，水下滑翔机在水下的运动特性对海洋环境的影响也需要进行研究。

水下滑翔机在水下滑行时会产生水流和噪音，并可能对海洋生物和水下生态系统产生影响。

因此，在水下滑翔机的设计和应用中，需要考虑其对海洋环境的影响，采取有效的措施减少其对海洋生态系统的影响。

综上所述，水下滑翔机作为一种新型的水下探测工具，具有独特的运动特性和优势。

通过深入研究水下滑翔机的运动规律和特性，可以更好地设计和应用水下滑翔机，实现更高效的水下探测和研究。

基于流体力学的水下滑翔机设计研究随着科技的不断发展和人们对深海环境的探索需求日益增长，水下滑翔机的应用越来越受到关注。

水下滑翔机是一种能够在水下长时间滑翔的自主推进设备，具有较低的能耗和较高的控制精度，被广泛应用于海洋环境监测、海底矿产勘探、深海生态调查等领域。

本文将利用流体力学的知识，介绍水下滑翔机的基本原理和设计研究进展，并探讨其未来的发展方向与应用前景。

一、水下滑翔机的基本原理和结构水下滑翔机是一种能够通过改变自身重心位置而进行垂直上升和下降的设备，其工作原理类似于滑翔机。

水下滑翔机的结构主要由机身、翅膀和尾翼等组成，其中机身内部放置有各种传感器和控制器。

水下滑翔机采用的是激光测距控制技术，可在海底深度达到数千米的极端环境下完成自主控制任务。

二、水下滑翔机的流场分析水下滑翔机在水中滑行时，会遇到水的阻力和滑翔过程中产生的涡流等流体问题，因此流场分析是设计与优化水下滑翔机的重要工作之一。

首先，水下滑翔机在水中运动时受到的阻力包括湍流阻力和摩擦阻力等多种类型。

要降低阻力，需要减小机身和翅膀的阻力面积，并且采用流线型外形设计。

其次，在水下滑翔机运动过程中会产生诸如涡流、流磨砺、剪切力等复杂的物理现象。

这些流场问题会影响到滑翔机的稳定性和控制精度，需要在设计阶段通过流场模拟和实验来研究并解决。

三、水下滑翔机的应用前景和发展趋势水下滑翔机近年来在海洋环境监测、深海资源勘探、深海生态调查等领域得到广泛应用。

其在海洋环境监测中可以通过测量水温、盐度、水位等参数来监测海洋环境的变化；在深海资源勘探中，可以通过激光测距和探测仪器来获得地质结构信息，并进一步开展深海矿产资源开发；在深海生态调查中，可以对深海生物进行采样，研究海洋生态与保护。

未来，水下滑翔机的应用前景依然广阔。

在工业应用方面，水下滑翔机可以用于管道、基础设施的巡检和监控，也可以用于海底沉积物、矿产的采集和勘探。

在科学研究领域，水下滑翔机可以用于海洋生态与生物多样性研究、深海环境观测和地球探测等领域。

滑翔机的气动性能分析与优化设计一、引言滑翔机是一种轻型无动力飞行器，依靠大气动力学原理在大气中飞行。

为了提升滑翔机的飞行性能，气动性能分析与优化设计是关键。

本文将对滑翔机的气动性能进行分析，并提出优化设计方案。

二、气动性能分析1. 升力与阻力滑翔机的升力与阻力是气动设计中最关键的两个因素。

升力的产生与翼型的设计有关，常见的翼型有对称翼型和非对称翼型。

对称翼型适用于速度较低和机动性要求较高的滑翔机，而非对称翼型则适用于速度较高和稳定性要求较高的滑翔机。

阻力是滑翔机飞行过程中需克服的气动阻力，主要包括兴波阻力、气动阻力和边界层阻力。

兴波阻力产生于超音速飞行时，气动阻力是滑翔机在飞行过程中的主要阻力，而边界层阻力是由于粘性影响而产生的阻力。

2. 转矩与稳定性滑翔机的转矩与稳定性直接影响其飞行操纵性和安全性。

转矩包括俯仰转矩、偏航转矩和滚转转矩。

为了提高滑翔机的稳定性，需要通过翼型设计、机身设计和重心位置来控制转矩的大小和分布。

稳定性通过静稳定和动稳定两方面来实现。

静稳定是指滑翔机在没有操纵输入的情况下能够自动回到平衡状态，而动稳定则是指滑翔机的姿态在受到扰动后能够自动恢复到平衡状态。

通过调整重心位置、翼型设计和机身设计，可以实现滑翔机的稳定性。

3. 静音与减阻滑翔机在飞行过程中会产生噪音和气动阻力，这对飞行体验和能效有一定影响。

为了减少噪音和气动阻力，可以采用一些减阻设计。

例如，使用光滑表面、减小气动阻力系数、优化机翼和机身的外形，都可以减少滑翔机的噪音和气动阻力。

三、优化设计方案1. 翼型优化翼型是滑翔机气动设计的核心，通过优化翼型可以提升滑翔机的升力和减阻效果。

优化翼型的方法包括气动力测试、数值模拟和飞行试验。

根据测试和模拟结果，可以调整翼型参数，以达到最佳的升力-阻力比。

2. 机翼与机身配比优化滑翔机的机翼和机身的配比也对其气动性能有很大影响。

通过优化机翼和机身的配比，可以改善滑翔机的升力分布、转矩特性和稳定性。

水下滑翔器纵垂面内滑翔运动特性研究张宏伟，王延辉，武建国天津大学机械工程学院，天津（300072）E-mail：********************.cn摘要：水下滑翔器是通过控制纵倾/滑翔角来实现纵垂面内滑翔运动的特殊水下航行器。

本文从研究水下滑翔器纵垂面内稳态滑翔运动的攻角、升阻比、纵倾/滑翔角和滑翔速度四个基本状态变量之间的关系入手，研究水下滑翔器纵垂面内滑翔运动特性和基本规律，分析影响滑翔速度和滑翔效率的主要因素。

滑翔运动过程中，纵倾/滑翔角对滑翔速度和滑翔效率有不同影响，随着纵倾/滑翔角的增加，滑翔速度先增加后降低，而滑翔效率单调降低，二者不能同时达到最大值；滑翔翼展弦比的选择要依据任务纵倾/滑翔角度，大的纵倾/滑翔角度应该用较小的展弦比。

本文研究为水下滑翔器的外形设计和控制系统设计提供了参考。

关键词：水下滑翔器；滑翔运动；攻角；升阻比；滑翔角1．引言近年来，人类对于海洋监测和海洋资源开发的需求迅速增长。

作为新型海洋测量仪器搭载平台，水下滑翔器（A UG, Autonomous Underwater Glider）因其具有航程大，低噪声，低成本等优势，已经成为海洋监测领域的热门发展对象。

上世纪九十年代以来，美国已经发展了三大类型的水下滑翔器[1-3]：Webb公司生产的SLOCUM滑翔器，华盛顿大学设计的Seaglider，以及Scripps海洋研究所研制的Spray。

这些水下滑翔器都多次完成了海试，其中SLOCUM已经实现产业化。

这些滑翔器的设计方案和成功经验都为我们的进一步研究提供了参考。

水下滑翔器平台技术发展的同时，水下滑翔器的相关运动学及动力学研究也得到了发展。

美国普林斯顿大学的N.E. Leonard和J.G. Graver在建立水下滑翔器的动力学模型的基础上，对水下滑翔器的反馈控制算法进行了研究[4-5]，P. Bhatta则对其非线性稳定性进行了深入研究[6]。

国内有学者除了以动力学建模和仿真的方法对水下滑翔器的特殊运动方式进行研究，还借助流体仿真软件（Fluent, CFX），从水动力学的角度研究水下滑翔器水动力特性[7-10]。

双翼的尺寸对飞行的效果有何影响？一、双翼尺寸与飞行稳定性的关系双翼是飞机的重要组成部分，其尺寸对飞行的稳定性起到关键作用。

双翼尺寸主要包括翼展和翼弦两个方面。

翼展是指双翼展开时的横向距离，而翼弦则是指翼根至翼尖的纵向距离。

1. 翼展的影响翼展的大小直接影响着飞机的侧向稳定性。

一般情况下，较大的翼展能够增加飞机的侧向稳定性，使其更加适应强风和气流的干扰。

同时，大翼展还能提供更大的升力面积，使得飞机能够承载更多的重量。

然而，过大的翼展可能会增加阻力，对飞行速度造成一定的限制。

2. 翼弦的影响翼弦的大小对飞机的升力和阻力分布起到直接影响。

较大的翼弦能够增加飞机的升力产生能力，提高起飞和爬升性能。

此外，大翼弦还能增加飞机的机动性，使其更加适应高速飞行。

然而，过大的翼弦也会增加阻力，增加飞机的燃油消耗。

二、双翼尺寸与飞行性能的关系双翼尺寸不仅影响着飞机的稳定性，还对其飞行性能产生直接影响。

飞行性能主要包括起飞性能、巡航性能和着陆性能三个方面。

1. 起飞性能双翼的尺寸对飞机的起飞性能有重要影响。

较大的翼展和翼弦能够提供更大的升力面积，使得飞机能够更容易地产生升力，减少起飞距离。

此外，适当的翼弦还能够增加飞机的升降速率，使其能够从短距离内迅速起飞。

2. 巡航性能双翼的尺寸也对飞机的巡航性能有一定影响。

较大的翼展能够提供更大的升力面积，降低飞机的巡航阻力，从而提高飞行速度和航程。

同时，较大的翼展还能够提供更好的侧向稳定性，减少飞机在强风和气流中的受力情况。

3. 着陆性能双翼的尺寸也会影响飞机的着陆性能。

较大的翼展和翼弦能够提供更大的升力面积，减少飞机的下降速度，使得着陆更加平稳。

同时，较大的翼弦还能够增加飞机的机动性，使其能够在狭小的着陆场地上进行灵活操控。

三、优化双翼尺寸以提升飞行效果为了提升飞机的飞行效果，科学地优化双翼的尺寸非常重要。

在设计双翼尺寸时，需要综合考虑飞机的稳定性、性能和操控性等因素。

1. 基于飞机的任务需求，合理确定翼展和翼弦的大小。

水下滑翔机的机翼位置与螺旋运动关系分析刘友;沈清;马东立;袁湘江【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2017(051)009【摘要】建立水下滑翔机稳态螺旋运动的数学模型,采用数值方法求解该模型,得出对应5个机翼位置的滑翔机螺旋运动特性.结果表明,水下滑翔机螺旋运动的形式随着机翼位置的变化而变化.存在一个过渡性区域("分水岭"区域),当机翼位于这个区域前面时,水下滑翔机转向方向与机翼升力侧向分量方向一致,滑翔机按照正螺旋方式转向;当机翼位于这个区域后面时,水下滑翔机转向方向与机翼升力侧向分量方向相反,滑翔机按照反螺旋方式转向;当机翼位于这个区域内时,滑翔机的转弯方向具有不确定性,并与重心位置有关.无论滑翔机按照何种方式转弯,机翼离这个区域越远,转弯的速率就越高.湖中实验结果表明:机翼位置可以影响螺旋运动的转弯方向,且稳态试验数据与数值理论结果的误差≤15%.【总页数】10页(P1760-1769)【作者】刘友;沈清;马东立;袁湘江【作者单位】北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100191;中国航天空气动力技术研究院,北京100074;中国航天空气动力技术研究院,北京100074;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京 100191;中国航天空气动力技术研究院,北京100074【正文语种】中文【中图分类】TP24【相关文献】1.对数螺旋锥齿轮加工中刀盘与工件间位置及运动关系 [J], 李强;翁海珊;居海军;王国平2.水下滑翔机稳态螺旋运动的时空尺度分析 [J], 于鹏垚;沈聪;甄春博;王天霖3.前置螺旋桨安放位置对机翼气动特性的影响研究 [J], 李滨; 包荣剑; 曾辉4.水下滑翔机机翼不同位置攻角状态下水动力性能研究 [J], 徐俊;徐喜平;孟庆杰5.水下滑翔机机翼不同位置攻角状态下水动力性能研究 [J], 徐俊;徐喜平;孟庆杰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。