結(jié)構(gòu)組成及工作原理　

波浪滑翔器是由水面浮體船、柔性鎧裝纜、水下牽引機組成的雙體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。水面浮體船在波浪的作用下產(chǎn)生上下起伏運動,通過柔性鎧裝纜拉拽水下牽引機上下運動,受迫垂向運動的水下牽引機水翼與水質(zhì)點發(fā)生相對滑翔運動,水質(zhì)點對水翼產(chǎn)生前向作用力,水下牽引機產(chǎn)生向前運動,反之,水下牽引機通過柔性鎧裝纜帶動水面浮體船前向運動,

為便于求解水下牽引機滑翔效率,做出如下假設(shè):1)波浪滑翔器的垂向運動完全符合波浪周期T,且為周期性正弦運動;2)以6對水翼代表整個水下牽引機,不考慮水下牽引機其余部件的水動力影響;3)水下牽引機向下滑落時水翼保持很大滑翔角的時間為整個波浪周期的1/5,下落位移為波高H的1/2,此狀態(tài)下水下牽引機在水中處于自由落體狀態(tài),柔性鎧裝纜對水下牽引機不施加外力作用。

2 數(shù)值模型　  

2.1動力學(xué)模型

2.2 仿真模型及參數(shù)

2.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證

3 數(shù)值計算仿真與分析

太平洋海況波譜如表3所示[10],據(jù)表顯示太平洋中3級海況很為常見,由于海況的復(fù)雜性和不確定性增加了對海浪系統(tǒng)性仿真的難度,因此擬采用太平洋中很常見的3級海況進行仿真以達到簡化的效果。

4 水池試驗與數(shù)據(jù)對比分析  

4.1 水池試驗

為驗證仿真數(shù)據(jù)的準確性,現(xiàn)利用一定機構(gòu)進行水池試驗驗證,其結(jié)構(gòu)如圖11所示。定滑輪將水下牽引機固定在一定高度,利用單一變量法將水下牽引機的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)仿真條件進行相關(guān)調(diào)整,具體試驗結(jié)構(gòu)參數(shù)如表4所示。將水下牽引機在水中自由釋放,觀察記錄水下牽引機垂向位移0.5m所需時間及其下滑的縱向位移。

從圖中可以看出,試驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)存在一定偏差,分析存在如下原因。

1)試驗過程中數(shù)據(jù)測量存在誤差。

2)水池試驗裝置的邊界效應(yīng)明顯,運動過程中邊界擾流作用較大,導(dǎo)致水下牽引機運動與仿真存在一定偏差。

3)仿真模型與實際試驗設(shè)備存在出入,試驗?zāi)Ｐ椭谐碇獯嬖谄溆嗖考?試驗過程中其余部件水阻力導(dǎo)致水下牽引機的試驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)存在差別。

4)仿真模型為單對水翼,實際試驗?zāi)Ｐ蜑?對水翼,水翼之間的流場擾動導(dǎo)致水翼實際受力與仿真存在偏差。

根據(jù)兩者數(shù)據(jù)的有效對比可以看出,水翼的仿真數(shù)據(jù)與水下牽引機的試驗數(shù)據(jù)趨勢大體相同。當水翼的俯仰角為20°時,水下牽引機隨其自重增加,其垂向位移時間逐漸減小,縱向位移也逐漸減小。在波浪特性匹配方面,45kg的水下牽引機在1/2波高和1/5波周期運動特性方面更加匹配3級海況,即認為45kg為該海況下的很優(yōu)自重。當水下牽引機處于很優(yōu)自重時,水翼俯仰角對水下牽引機縱向位移的影響效果明顯,當水翼的俯仰角逐漸增大時,水翼升力逐漸增大,水下牽引機縱向位移較大,當水翼俯仰角度增大到25°時,由于水翼迎流面積的增大,水翼產(chǎn)生的前向作用力反而降低,水下牽引機的縱向位移減小,因此認為20°為水翼的很優(yōu)俯仰角。