水下機(jī)器人技術(shù)解析之水動(dòng)力學(xué)系數(shù)

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求解基本原理：對于水下機(jī)器人的的水動(dòng)力學(xué)系數(shù)的求解與分析屬于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的范疇，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)是在流體力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其建立在流體力學(xué)基本控制方程的基礎(chǔ)上。這些方程任何流動(dòng)都必須遵守質(zhì)量守恒定律、牛頓第二定律以及能量守恒定律。

前處理過程：將設(shè)計(jì)好的三維模型導(dǎo)出為STEP格式，并將其導(dǎo)入到workbench中，模擬機(jī)體外部流體環(huán)境，添加計(jì)算域。保持機(jī)體的原點(diǎn)與計(jì)算域的原點(diǎn)重合且坐標(biāo)方向一致。之后在workbench的工作區(qū)間添加mesh模塊，將之前的幾何模型模塊與mesh模塊鏈接，打開mesh模塊的編輯區(qū)間。

Defaults：Physics Preference選取CFD，Solver Preference選取Fluent；Sizing: Size Function選取Curature，Relevance Center和Span Angle Center均選擇Fine；Quality: Smoothing選取為Fine。其他保持默認(rèn)不變。對計(jì)算域和機(jī)體均進(jìn)行網(wǎng)格劃分。打開Mesh Metric的Element Quality顯示網(wǎng)格劃分質(zhì)量。當(dāng)網(wǎng)格單元質(zhì)量劃分越趨近于1時(shí)其網(wǎng)格劃分質(zhì)量越好。

計(jì)算過程：首先對網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查，選擇General的Check。之后在Fluent中進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，選取計(jì)算域材料，并添加機(jī)器人所在海域大致的密度和動(dòng)力粘度，設(shè)置殘差收斂值和迭代次數(shù)，可以根據(jù)需要將介質(zhì)調(diào)整為海水，并依據(jù)其工作海域的密度的動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，其具體的數(shù)據(jù)需要根據(jù)真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

同時(shí)也可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整收斂值和迭代次數(shù)以保證殘差的收斂性能夠得到充分的體現(xiàn)。并且設(shè)置殘差監(jiān)視器和阻力系數(shù)、升力系數(shù)以及扭矩系數(shù)的監(jiān)視器，以便于對實(shí)時(shí)阻力系數(shù)的觀測、計(jì)算結(jié)果的導(dǎo)出以及之后對于計(jì)算結(jié)果的分析。
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