船舶推进器随着船舶的几千年的进化有了很大的发展,然而纵观现代的船舶与潜器,它们大多仍采用传统的螺旋桨推进方式。近年来随着仿生学的不断发展,仿生推进的概念逐步引入到水下推进方式的研究之中,其中由鱼类游动衍生而来的仿生水翼推进相比于传统螺旋桨推进方式有着突出的优势。仿生推进器更加机动,从而可以实现更灵活的转弯,同时可以在更低的运动速度下获得更高的推力,水动力噪声更低。所以对于水翼推进的水动力性能的研究有助于改进现有水中航行器的推进装置,具有十分重要的意义。本文在课题组前期工作的基础上,主要对摆动水翼的水动力性能进行了进一步地研究并探讨了其流动机理,同时通过摆翼推进实验对数值仿真方法的准确性进行了验证研究。具体研究内容如下:(1)借助NUMECA系列的FINE/Marine水动力分析软件,对水翼推进研究中广泛采用的NACA0012翼型进行了在不同雷诺数下的升力系数的数值仿真计算,对照NACA0012翼型的技术实验资料验证了数值仿真方法静态分析的准确性。对网格生成模式以及网格无关性进行了验证,结果表明2D网格生成模式可以用来进行水翼水动力的仿真研究,并且计算效率高,可大大减少运算时间。(2)针对NACA0012翼型、3种不同厚度比的平板翼型以及2种类NACA0012翼型共6种翼型建立仿真模型,进行了水动力性能的仿真研究,结果表明NACA系列的翼型在推进性能上比较有优势。同时还利用CFView后处理软件对水翼的瞬态流动和翼型流场特征进行了分析,结果表明反卡门涡街的存在是推动水翼前进的主要原因,也是水翼推力和侧向力发生周期性变化的主要原因。(3)分别探讨了首摇摆幅、水平摆幅以及运动轨迹对水翼推进性能的影响。对不同工况下水翼的流场特征进行了分析,通过流场特征分析了摆动水翼推进的影响因素,结果表明流场中涡的大小、涡的形态、涡的分布规律以及涡对是否存在是影响水翼推进性能的重要因素,这也为摆翼推进的性能优化提供了一定的参考。(4)针对课题组前期设计加工的一套摆翼推进实验机构进行了优化改进,设计并完善了实验方案,完善了力的测量与标定,依托循环水槽实施了摆翼推进实验,进行了多次重复性试验,得到了大量实验数据。根据处理后的实验数据进行了摆翼的受力分析,并与相应的水翼数值仿真结果数据进行了对比分析,结果表明数据吻合度较好,验证了数值仿真方法对非定常水动力性能分析的准确性。