【摘 要】
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水下潜器因为具有良好的机动性、隐身性及可靠性而被广泛应用于海上救援、科学考察、环境监测等诸多领域。当潜器从搭载平台进行布放、回收，或航行一段时间上浮进行信息传递时，多处于近水面航行状况。此时，水表面与潜器之间的相互作用不可忽略，所以研究自由液面和潜器之间的耦合作用十分必要。 本文以圆碟形自主式水下机器人——水下直升机(AUH)为主要研究对象，基于计算流体力学(CFD)方法对其近水面不同运动形式下
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水下潜器因为具有良好的机动性、隐身性及可靠性而被广泛应用于海上救援、科学考察、环境监测等诸多领域。当潜器从搭载平台进行布放、回收，或航行一段时间上浮进行信息传递时，多处于近水面航行状况。此时，水表面与潜器之间的相互作用不可忽略，所以研究自由液面和潜器之间的耦合作用十分必要。
本文以圆碟形自主式水下机器人——水下直升机(AUH)为主要研究对象，基于计算流体力学(CFD)方法对其近水面不同运动形式下的水动力性能进行研究。论文的主要研究成果归纳如下：
首先，针对水下直升机近水面直航运动进行仿真模拟，探究了圆碟形潜器在近水面处直航运动受影响的深度范围及近水面波形变化规律。同时记录潜器周围流场及瞬时速度的变化情况，通过粒子图像测速二维流场试验结果对比验证。
随后，基于DFBI旋转与平移技术数值模拟了水下直升机近水面纯升沉、纯俯仰、纯横荡、纯艏摇运动，总结了纯升沉，纯俯仰运动时垂向力及俯仰力矩，纯横荡、纯艏摇运动时横向力及偏航力矩，纯横摇运动时横向力及横倾力矩随浸深，潜器运动频率的变化规律。同时积分求解了20个与速度、加速度相关的水动力导数，并判定了水下直升机近水面运动的稳定性能，为后续水下直升机控制系统的改良打下坚实基础。
最后，运用重叠网格技术对水下直升机近水面入水运动进行仿真。在进行重叠网格区域尺度、网格单元尺寸对计算值精度的分析基础之上，选取最优重叠网格设置，计算分析了入水角度，初始速度对潜器入水所受冲击载荷的影响，并结合实际内部装置，推荐最佳入水角度。分析水下直升机体表压力，为其外形优化设计提供参考依据。
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