摘要：文章结合一种密度大于水的新型潜器—重水潜器(Heavier-than-water AUV,简称HTW),采用RANS方法和重叠网格计算了该潜器的水动力性能和绕流流场。文中计算了不同攻角和漂角情况下重水潜器的阻力、升力及俯仰力矩,对其周围流场水动力学性能进行了分析,并通过流场的流动结构研究了受力随姿态变化的规律。文中将采用重叠网格方法的计算结果与FLUENT计算值以及风洞试验结果进行了比较,表明重叠网格方法可较好地模拟重水潜器的自由态绕流问题。该研究为该潜器的总体设计与运动控制提供了有价值的参考。

摘要：采用一种新型的多学科设计方法——目标解析分流法进行重水潜器的概念设计。首先利用半经验法建立重水潜器的集成系统模型,并进行目标层解分析(ATC)优化模型;再应用增广拉格朗日惩罚函数松弛化方法,通过改进内外层嵌套式求解策略,减少内层循环病态子问题的求解计算时间,在内层循环得到收敛的同时,外层循环更新惩罚权重来获得可行解;随后改变惩罚函数权重,对比分析各种惩罚函数对求解效率的影响。由实验可得,应用增广拉格朗日惩罚函数松弛化求解的方法,保持计算精度的同时也提高了计算效率。最终获得的系统最优解与多维的一次设计优化问题所得到的最优解非常接近,证明了多学科设计优化能充分利用不同学科之间的相互作用所产生的协同效应,从而获得系统整体的最优解。

摘要：为了完成对风电项目的电缆进行较高深度要求的埋设作业,需要设计一套全新的海底埋设犁。该埋设犁采用水力冲刷的方式破土。文章采用数值模拟的方式计算指定冲刷沟型内的流场,并通过分析壁面的剪切力分布来判断水刀的破土能力。首先,采用单相流模型计算水刀与冲刷坑前壁面4组不同间距的定常流工况,发现随着距离增大,前壁面被剪切破坏的区域明显减小,前壁面上部区域更难被破坏,但冲刷坑底部土壤仍能被汇聚水流在后方剪切破坏;其次,计算2种不同喷嘴安装角的4组不同间距的定常流工况,发现随着安装角的增大,射流对前壁面的剪切破坏效率越来越高;最后,计算了2组非定常流工况,观察了冲刷坑内流线的变化,得到流场达到动平衡的时间,以此预估埋设犁的作业速度。仿真计算结果表明,该埋设犁能够以900 m/h的设计作业速度开挖出指定深度的冲刷沟。

摘要：水电站水工建筑物缺陷检测目前是由观察型机器人或潜水员完成,存在检测手段少、运行受水流影响等问题。对此,文章针对水电站水工建筑物结构及缺陷特点,研制了一套水下检测机器人系统。该系统利用水动力仿真、静水力分析及稳性分析等方法,优化推力和布局布置、外形等选型和设计,解决了本体浮游和履带复合控制模式、不规则坝面吸附技术、多自由度姿态翻转和运动、缺陷位置定位等技术问题;同时,采用自主开发后处理软件,对声光电传感器数据进行融合,完成了缺陷判别与测量以及修补材料方量的估算,软件识别理论误差为7.4%,小于项目的20%误差率要求,解决了缺陷判别与测量和修补材料方量的估算问题,最终实现了机器人在水电站水工建筑物的水平面、斜面坡、直立面及曲面环境下的水下缺陷检查、缺陷定位、缺陷尺寸测量及数据记录收集等水下无人化检测作业的目标。最后,通过水池功能试验,验证了该水下检测机器人系统的可行性。