Diseño Estructural de un Vehículo Aéreo Submarino No Tripulado con Propulsores Gemelos Coaxiales y la Simulación Numérica de las Características de Dominio Cruzado
Autores: Wang, Jiancheng; Feng, Yikun; Zhang, Guoqing; Ge, Qiqian; Jin, Haobin; Zhang, Zhewei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño Estructural de un Vehículo Aéreo Submarino No Tripulado con Propulsores Gemelos Coaxiales y la Simulación Numérica de las Características de Dominio Cruzado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Adaptabilidad estructural
Estabilidad dinámica
Vehículo aéreo submarino no tripulado
Hélices coaxiales gemelas
Método de simulación numérica
Cavitación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
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Este documento aborda los desafíos de adaptabilidad estructural y estabilidad dinámica que enfrenta el vehículo aéreo submarino no tripulado (UAUV) durante la transición entre el aire y el agua. Para superar estos problemas, este documento propone de manera innovadora un UAUV que utiliza hélices coaxiales gemelas para la propulsión y realiza un diseño estructural general detallado y un diseño de subsistemas para él. La predicción precisa de las características cinemáticas del UAUV durante el movimiento entre dominios es de gran importancia para el diseño de UAUVs de alto rendimiento. Por lo tanto, se estableció un método de simulación numérica para el movimiento entre dominios del UAUV basado en el software STAR CCM+ (versión 202402), el método del volumen de fluido (VOF) y el módulo de interacción dinámica de fluidos y cuerpos (DFBI). Los resultados mostraron que cuando la velocidad de entrada al agua es pequeña, a medida que aumenta el ángulo de entrada al agua, la trayectoria de movimiento del UAUV exhibirá un movimiento ondulante continuo. Además, durante el proceso de salida del agua, cuanto menor sea la velocidad y el ángulo de salida del agua, mayor será el cambio en la actitud. El análisis de las características dinámicas de la cavitación durante el proceso de entrada al agua del UAUV revela que la ruptura prematura de las cavidades es perjudicial para el movimiento del UAUV en la dirección de entrada inicial. Durante el proceso de salida del UAUV del agua, la separación del agua adherida a la superficie del UAUV causará ciertas perturbaciones en su actitud. Los hallazgos de este estudio proporcionan ideas teóricas clave y referencias técnicas para optimizar el diseño estructural de los UAUVs.
Descripción
Este documento aborda los desafíos de adaptabilidad estructural y estabilidad dinámica que enfrenta el vehículo aéreo submarino no tripulado (UAUV) durante la transición entre el aire y el agua. Para superar estos problemas, este documento propone de manera innovadora un UAUV que utiliza hélices coaxiales gemelas para la propulsión y realiza un diseño estructural general detallado y un diseño de subsistemas para él. La predicción precisa de las características cinemáticas del UAUV durante el movimiento entre dominios es de gran importancia para el diseño de UAUVs de alto rendimiento. Por lo tanto, se estableció un método de simulación numérica para el movimiento entre dominios del UAUV basado en el software STAR CCM+ (versión 202402), el método del volumen de fluido (VOF) y el módulo de interacción dinámica de fluidos y cuerpos (DFBI). Los resultados mostraron que cuando la velocidad de entrada al agua es pequeña, a medida que aumenta el ángulo de entrada al agua, la trayectoria de movimiento del UAUV exhibirá un movimiento ondulante continuo. Además, durante el proceso de salida del agua, cuanto menor sea la velocidad y el ángulo de salida del agua, mayor será el cambio en la actitud. El análisis de las características dinámicas de la cavitación durante el proceso de entrada al agua del UAUV revela que la ruptura prematura de las cavidades es perjudicial para el movimiento del UAUV en la dirección de entrada inicial. Durante el proceso de salida del UAUV del agua, la separación del agua adherida a la superficie del UAUV causará ciertas perturbaciones en su actitud. Los hallazgos de este estudio proporcionan ideas teóricas clave y referencias técnicas para optimizar el diseño estructural de los UAUVs.