﻿ 翼身融合水下滑翔机总体设计及性能分析
 舰船科学技术  2022, Vol. 44 Issue (1): 97-103    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2022.01.019 PDF

Blended-wing-body underwater glider overall design and performance extension
ZHANG Bei, WANG Zhi-dong, LING Hong-jie, ZHANG Dai-yu
School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212003, China
Abstract: In order to improve the gliding efficiency of underwater glider, this paper proposes a wing-body fusion underwater glider. Adopt fusion winglet winglets, sincere and weak wingtip effects; for the design index of high lift-to-drag ratio, the characteristics of elevator wing and flap are introduced into the design of glider, and the index parameter value of each mechanism is quantitatively given; for water The design index of the glider has completed the overall design of the Blended-wing-body underwater glider; based on the modular design idea, the functional module of the underwater glider is independently designed to improve the failure survival rate of the underwater glider; for the Blended-wing-body The glide speed of the underwater glider is low, and a large buoyancy adjustment device is proposed, which greatly improves the glide speed and improves the flow resistance. Based on the finite element theory, the numerical calculation and analysis of the strength and stability of the pressure cabin are shown. Each cabin meets the requirements for underwater work. The wing-body fusion underwater glider proposed in this paper has superior lift-to-drag ratio performance and can be used to observe the long-time observation task of the marine environment.
Key words: blended-wing-body underwater glider     high lift-to-drag ratio     winglet winglet     flap     high buoyancy drive
0 引　言

1 水下滑翔机设计目标及方法 1.1 设计目标

1） 工作水深≥500 m；

2） 滑翔速度≥1 kn，可以实现滑翔运动和空间螺旋运动；

3） 具有高升阻比特性及良好的机动性能；

4） 可搭载多种传感器，装载能力≥3 kg。

1.2 设计思路

 图 1 总体设计流程图 Fig. 1 Overall design flow chart
2 翼身融合水下滑翔机总体设计

 图 2 滑翔机装配图 Fig. 2 Assembly drawing of glider
3 水动力外形设计 3.1 主体外形设计

 图 3 外形设计 Fig. 3 Shape design

3.2 翼梢小翼

 图 4 翼梢小翼结构特征 Fig. 4 Winglet structure characteristics

3.3 襟翼机构设计

 图 5 襟翼结构特征 Fig. 5 Structural characteristics of flaps

3.4 升降翼结构设计

 图 6 升降翼装置 Fig. 6 Lifting wing device.
3.5 水翼型天线杆

 图 7 尾翼结构图 Fig. 7 Structure of the tail wing
 $S = \frac{{DL}}{{100}}\left[ {1 + 25{{\left( {\frac{B}{L}} \right)}^2}} \right] 。$ (1)

4 内部结构设计、分析与校核

4.1 浮力调节系统设计

 图 8 浮力调节舱布局图 Fig. 8 Layout of buoyancy control cabin
4.2 姿态调节系统

 图 9 姿态调节舱布局图 Fig. 9 Layout of the attitude adjustment cabin

4.3 控制系统舱设计

4.4 静力学计算与分析

 图 10 滑翔机坐标系图 Fig. 10 Coordinate system diagram of glider

4.5 内部耐压壳体设计

4.6 耐压壳体的强度和稳定性校核

 图 11 各舱室约束、载荷和网格图 Fig. 11 Constraint, load and grid diagram of each compartment

 图 12 各舱室应力图和位移图 Fig. 12 Stress diagram and displacement diagram of each cabin

1）浮力系统舱尾部端盖的中心处应力最大，为94.4 MPa；尾端的端盖中心处有最大位移0.2019 mm.浮力舱的安全系数为2.91。

2）姿态调节舱在端盖中心处有最大应力，为151 MPa，端盖与圆柱筒的接触部分的压力次之。在端盖的中心处产生最大位移0.499 mm。姿态舱的安全系数为1.82。

3）控制舱在前端盖的中心位置处应力最大，为128 MPa，圆筒壁和端盖接触的地方次之。控制舱的最大位移发生在端盖中心处，为0.308 mm。该舱的安全系数为2.15。

4.7 稳定性分析

 $\left[ P \right]{\text{ = }}\frac{{p \times \lambda }}{m}，$ (2)
 $\left[ P \right] = \frac{{{p_{cr}}}}{m}。$ (3)

 图 13 各舱室屈曲图 Fig. 13 Buckling diagram of each cabin

5 结　语

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