仿蝠鲼水下航行器前置推进器的布局优化

李子程; 罗莹莹; 雷梓铧; 詹杰民

doi:10.11714/acta.snus.ZR20250197

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仿蝠鲼水下航行器前置推进器的布局优化

无人系统（组稿人：王海蓉） | 更新时间：2026-01-19

- 仿蝠鲼水下航行器前置推进器的布局优化
- Forward propeller layout optimization for a Manta ray-inspired UUV
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2026年65卷第1期页码：52-63
- 作者机构：
  
  中山大学应用力学与工程系，广东深圳 518107
- 作者简介：
  
  李子程（2000年生），男；研究方向：水动力学；E-mail： lizch23@mail2.sysu.edu.cn
  詹杰民（1963年生），男；研究方向：水动力学；E-mail： stszjm@mail.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  深圳市科技计划(JCYJ20220818102012024)
- DOI：10.11714/acta.snus.ZR20250197
  中图分类号： U661.71
- 收稿：2025-09-13，
  
  录用：2025-10-14，
  
  网络首发：2026-01-02，
  
  纸质出版：2026-01-25
- 稿件说明：
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李子程,罗莹莹,雷梓铧等.仿蝠鲼水下航行器前置推进器的布局优化[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(01):52-63.

LI Zicheng,LUO Yingying,LEI Zihua,et al.Forward propeller layout optimization for a Manta ray-inspired UUV[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(01):52-63.
李子程,罗莹莹,雷梓铧等.仿蝠鲼水下航行器前置推进器的布局优化[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(01):52-63. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20250197.

LI Zicheng,LUO Yingying,LEI Zihua,et al.Forward propeller layout optimization for a Manta ray-inspired UUV[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(01):52-63. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20250197.

摘要

引入前置推进器作为动力辅助，设计不同前置推进器布局并分析了其对仿蝠鲼水下航行器航行效率的影响。文中采用螺旋桨体积力法与重叠网格技术，对搭载前置推进器的仿蝠鲼水下航行器进行二自由度自航模拟，研究了前置推进器安装位置、角度等参数对水下航行器整体水动力性能的影响；同时，对水下航行器启动加速到稳定航行的速度、升力系数、阻力系数、升阻比和俯仰力矩系数以及稳定航行中的速度场、压力场和涡结构进行了分析。研究结果显示，通过优化仿蝠鲼水下航行器的前置推进器的安装位置和角度，可显著提升其航行效率；改变推进器的安装角度可有效提高水下航行器的升阻比和稳定性。

Abstract

This study introduces a front-mounted thruster as an auxiliary propulsion mechanism，multiple front thruster configurations were designed and systematically analyzed to evaluate their impact on the vehicle’s propulsion performance. A propeller body-force method combined with an overset grid approach was employed to perform two-degree-of-freedom self-propulsion simulations of the vehicle equipped with these thrusters. Based on this， a comprehensive investigation was conducted into the effects of thruster installation position and angle on the vehicle’s hydrodynamic performance. The analysis encompassed the entire operational process from start-up acceleration to steady cruising， focusing on velocity， lift coefficient， drag coefficient， lift-to-drag ratio， and pitching moment coefficient， as well as flow field， pressure distribution， and vortex structures during steady-state operation. The results demonstrate that optimizing the placement and orientation of front thrusters can significantly improve the vehicle’s sailing efficiency. Notably， adjusting the thruster installation angle effectively enhances the lift-to-drag ratio and stability of the underwater vehicle..

关键词

Keywords

references

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