林丰　王冬姣

摘 要：将一组水翼安装在水面无人艇底部一定深度处，在波浪作用下，水翼将跟随艇体作垂荡和纵摇运动而产生推力，使无人艇实现低速自主航行。本文利用FLUENT软件分析二维摇荡水翼在波浪中的推进性能。

关键词：水翼；推力性能；无人艇

中图分类号： U661.34 文献标识码：A

Abstract： A group of hydrofoils were installed on the bottom of an unmanned surface vessel at a certain depth. Under the action of water waves， they will follow the hull of vessel to perform heaving and pitching motions and then generate thrust， which enable the unmanned surface vessel to autonomous navigates at low speed. In this paper， the FLUENT software was used to analyze the propulsion performance of 2-D oscillating hydrofoils in waves.

Key Words： Hydrofoil； thrust performance； unmanned surface vessel

1 前言

自1895年意大利的Hermann Linden首次在船首和船尾安装了水翼，使船完全利用波能前进以来，人类便未曾停止过对水翼船研究的步伐。2004年，澳大利亚科学家发明了双翼滑翔快艇，驾驶者可同时操纵飞翼和水翼，双翼滑翔快艇既能在水面滑行，又可以脱离水面实现低空滑翔，可节省燃料[1]达30%～50%。而在数值模拟方面，李彦丽[2]等采用基于速度势的面元法对非定常拍动翼在特定运动规律下产生的水动力进行计算，并与FLUENT软件计算所得结果进行比较，两者变化趋势一致，误差只有11%；而陈庆任[3]同样采用面元法，将Rankine源和偶极子置于边界面上，对三维水翼进行势流数值分析，提出了在小攻角情况下水翼优化的面元方法；王志东[4]利用有限体积方法和RNG k-湍流模型直接求解计算NACA0012水翼的水动力特性，并得出不同浸深、攻角的升力系数、阻力系数等曲线。

本文主要利用FLUENT软件研究安装在波能推进无人艇下的水翼在波浪中的水动力性能，分析了主动控制纵摇和垂荡运动相位差对单水翼推进性能的影响以及在无人艇首部设置一个固定水翼及首尾部各设置一个固定水翼时的推进性能。

2 理论基础