摘要：近年来对海洋资源的开发利用成为了社会的研究热点,推动了国内外学者关于水下航行器各方面的研究工作.其中航行器的外形设计是研究中较为重要的一部分,直接影响其在水中行进时所表现流体性能的优劣.自然界中存在的各种鱼类以其阻力性能好等优点吸引了科研工作者广泛关注.为设计流体性能较好的航行器壳体外形,本文将目光放在了双髻鲨身上,它的头部就像一个水中翼,帮助其在海洋中灵活的游动.本文以其为仿生的对象,首先建立模型分析了3种不同双髻鲨的头部减阻效果,选定锤头双髻鲨的生物形体特征作为壳体外形特征曲线,并结合工程实际设计了一种仿生机器鱼外形,应用Ansys Mosaic技术建立三维流场结构化网格模型,对其进行Fluent仿真.随后与目前主流的翼型壳体外形和回转体航行器外形进行对比,重点研究其减阻性能.通过仿真分析得出,与上述两种常见的水下航行器相比,仿双髻鲨模型在定常流场中表现出更优秀的流体性能.本文还探究仿双髻鲨模型周围流场的特性,对于减少航行器对周围流场干扰方面和改善航行器隐蔽性方面的研究有一定的指导意义,同时也为水下航行器的设计提供新的方向.

摘要：为了降低空化造成的水动力性能损失,基于仿生学原理,参考座头鲸鳍肢剖面形状,将前缘波浪构型引入到水翼设计中,研究波状前缘水翼的非定常空化特性,并探究前缘参数改变对空化控制的效果和规律。选用NACA634-021水翼为基准模型,进行前缘参数化重构,设计出3种不同的波状水翼进行对比研究。采用大涡模拟(LES)方法对空化流场进行精细化数值模拟,针对基准水翼和不同波幅与波长参数下的波状水翼开展了空化周期、升阻力系数、压力脉动以及流向涡结构的对比分析。结果发现,波状水翼在抑制空化和降低压力脉动方面都取得了显著效果。其中,3种不同的波状水翼空化抑制率分别为15.7%、18.6%和27.9%,压力脉动幅值分别降低了55.3%、67.3%和74.6%。分析表明,波浪前缘的引入使得空化的分区效应更加凸显,空化从波谷处初生,增大波幅或减小波长都可以加强对空化的抑制效果,并可以提高升力系数以及显著降低水翼表面的压力脉动。前缘波浪构型还将诱发向下游发展的对转涡结构,不同前缘参数的波状水翼涡结构的演化是相似的,空泡发展与溃灭的整个过程对涡结构的发展也具有显著影响。