高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究.pdf

DOI:10.11991/yykj.202307004网络出版地址：https:/ UUV 而言，优异的阻力性能对 UUV 的航速和续航能力的提升都是至关重要的。针对某高速 UUV 的减阻需求，首先结合 SUBOFF 标准模型进行了阻力特性数值预报，与试验数据对比验证了预报方法的适用性；在此基础上，模仿鲨鱼和海豚的外形特征设计了 2 种 UUV 水动力外形构型，针对 2 种外形构型分别预报了带有不同附体构型的阻力特性，得到了一种相比 SUBOFF 艇形具有明显减阻效果的 UUV 水动力外形。研究对低阻型高速 UUV 的外形设计具有一定的参考价值。关键词：水下无人航行器；计算流体力学；阻力性能；数值模拟；高速；仿生外形；回转体；构型优选中图分类号：U661.1文献标志码：A文章编号：1009671X(2024)01015808Research on biomimetic shape design and drag numerical prediction ofhigh-speed UUVMAJing1,LANFeixiang2,YOUHang31.EquipmentProjectManagementCenterofNavalEquipment,Beijing100071,China2.KeyLaboratoryofUnderwaterRobotTechnology,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China3.NanhaiInstitute,HarbinEngineeringUniversity,Sanya572000,ChinaAbstract:Inordertostudytheinfluenceoftheshapefactorofunmannedunderwatervehicle(UUV)onthedragperformance,thecomputationalfluiddynamicsmethodwasusedtopredictandanalyzethedragofdifferentvehicleshapes.Forhigh-speedUUV,excellentdragperformanceiscrucialforbothspeedandenduranceofUUV.Aimingatthedragreductionrequirementsforahigh-speedUUV,thenumericalpredictionofthedragcharacteristicswasfirstcarriedoutbasedontheSUBOFFstandardmodel,andtheapplicabilityofthepredictionmethodwasverifiedbycomparingwiththetestdata.Basedonthis,twoUUVhydrodynamicshapeswithdesignfeaturesresemblingsharksanddolphinswere created,and the drag characteristics with different attachment configurations were predicted for each shape.ComparedwiththeSUBOFFhullform,oneUUVhydrodynamicshapewasfoundtohaveasignificantlyreduceddrag,providingvaluablereferencesforthedesignoflow-drag,high-speedUUV.Keywords:unmanned underwater vehicle;computational fluid dynamics;resistance performance;numericalsimulation;highspeed;biomimeticappearance;rotatingbody;configurationoptimization随着科技的进步，水下无人航行器（unmannedunderwatervehicles,UUV）在海洋能源开发、海底地形勘探、海洋科学考察、海洋权益维护、水下智能武器等方面都有着广泛的用途1。为满足各种复杂场合的应用，水下无人航行器的发展逐渐向系列化、大海深、长航时、高性能和高仿生2方向发展，其中高速和减阻是当前水下无人航行器的研究热点。本文针对某高速水下无人航行器的减阻问题开展研究。对于减小 UUV 艇体的阻力，大体可以从 2 个方面进行研究：一种是采用流线型艇体并对其进行一定的优化设计；另外一种则是尽量避免突出艇身之外的附体。水下无人航行器的外形设计以回转体外形作为主流方向，如 SeahorseAUV3、收稿日期：20230712.网络出版日期：20231201.基金项目：水下机器人技术重点实验室基金项目（2022JCJQ-SYSJJ-LB06905）.作者简介：马镜，男，工程师.兰飞翔，男，硕士研究生.通信作者：马镜，E-mail：.第51卷第1期应用科技Vol.51No.12024年1月AppliedScienceandTechnologyJan.2024AutosubAUV4等，此外还有扁平形、仿生形以及特殊的外形，例如类似于“比目鱼”的“SeaOtter”号5、TalismanAUV6以及仿生蝠鲼机械鱼7等。通常来讲，回转体外形相比其他形状具有更好的水动力性能，且结构简单，制作方便。目前研究水下无人航行器阻力的方法主要有理论分析、试验测量和计算流体力学（computationalfluiddynamics,CFD）方法。其中，理论分析的结果带有普遍性，但往往要对计算对象进行抽象和简化才能得到理论解；试验测量方法可以得到真实可信的试验结果，但是具有周期长、费用高、测试设备复杂和流动可视化困难等缺点；而 CFD 方法克服了前 2 种方法的弱点，可以形象再现流场流动细节，且周期短，可以节省人力物力，具有很好的重复性，并且方便设置各个参数的变化及考察它们的影响。计算流体力学发展到如今已经相当成熟，数值模拟的精度可以部分替代大量模型试验，CFD 已经成为获取水下无人航行器水动力的重要手段。操盛文等8预报了高雷诺数条件下，艇体主尺度与计算域网格数量对潜艇阻力预报结果的影响，得到了网格数量和尺度效应对潜艇阻力数值预报结果的影响规律。李鹏等9探究不同湍流模型对直航潜艇阻力和流场仿真的影响。梁晶等10预报了带鳍舵的某无人水下航行器阻力特性。刘天天11计算了几何参数对不同形状的水滴形潜器和细长回转体潜器阻力系数的影响。Karim 等12基于雷诺平均方程（ReynoldsaverageNavier-Stockes,RANS）的有限体积法，用非结构网格计算二维轴对称裸潜艇壳体绕流。Vaz 等13采用 CFD 方法计算了 SUBOFF 模型进行操纵运动所受到的力。徐妍等14对 7 种不同附体布置的SUBOFF 潜艇模型进行直航运动的数值仿真，分析潜艇表面压力分布情况和潜艇周围速度场特性。本文基于 CFD 技术，针对 SUBOFF 潜艇模型及其试验数据，研究了水下无人航行器阻力预报方法，通过与试验数据的对比验证了计算方法的可靠性。在此基础上，参考水下高速游动海洋生物海豚和鲨鱼设计了水下无人航行器仿生外形，预报了 SUOBFF 光体模型、仿海豚模型和仿鲨鱼模型的阻力性能，基于计算结果设计了回转体外形，通过计算比较完成了 UUV 外形的设计工作。1水下无人航行器阻力数值计算方法1.1计算模型针对 SUBOFF 标准模型，美国泰勒水池进行了大量的风洞和拖曳水池试验，为计算流体力学的研究人员提供了可靠的试验数据，相关的试验结果可以参考文献 15。本节利用 SUBOFF 全附体模型进行数值计算方法研究，并将其计算结果将与后续模型进行阻力性能对比。SUBOFF 全附体模型主要包括 1 个水滴形的主体部分、1 个围壳和 4 个对称的尾翼16，表 1 列出了模型的主要参数。数值计算对象分别为全附体的 SUBOFF 模型，记为 SUBOFF-1，其三维视图见图 1，去除围壳和十字翼的光体 SUBOFF 模型，记为 SUBOFF-2。表1SUBOFF 模型尺度参数符号数值LOA整体长度/m4.356LBP两柱间长/m4.261DMax最大艇体直径/m0.508表面积S/m26.355排水体积/m30.704yxz图1SUBOFF 模型1.2计算域及网格划分计算域采用圆柱形，并用贴体坐标对计算域进行离散，使计算域的边界与坐标曲面一致，并尽量减少贴体坐标中的奇异点，并使网格的分布符合实际模型。为准确捕获近壁区的流场、提高计算精度、节约计算时间，在 SUBOFF 模型周围进行网格加密，在远离模型的流场中网格较粗。计算区域由四面体非结构化的网格来进行离散，计算域和模型表面的网格分布如图 2（a）和图 2（b）所示，整个计算域体网格 200 万。(b)艇体尾部网格(a)计算域网格yyxxz图2网格示意第1期马镜，等：高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究1591.3阻力性能计算结果采用耦合（coupled）方法与剪切应力运输（shearstresstransport,SST）k-湍流模型对雷诺平均纳维斯托克斯方程进行求解。在此基础上，将压力方程离散为标准的离散形式，将动量方程、湍流方程和雷诺应力方程分别用二次迎风格式进行离散17。以 SUBOFF-1 模型在 3.046m/s 的航速下为例，其计算结果的收敛情况如图 3 所示，可以看出其阻力值在 0.01N 内波动，即相对于该航速的总阻力其波动在总阻力的万分之一内，说明计算结果收敛。其他模型和航速的计算结果在此不再赘述。1.01.11.21.31.4100.920100.922100.924100.926力/N迭代步数/103图3SUBOFF-1 在航速为 3.046m/s 下的计算结果图 4 为 SUBOFF-1 模型在 3.046m/s 的航速下的艇体表面压力图，艇艏、围壳以及尾翼为高压的，两者面对来流方向都产生了高压区。在围壳尾部形状收缩使边界层分离，压力急剧减小，这也是产生压差阻力的原因，与实际流场分布一致。总压力/Pa5.01034.21033.41032.61031.81031.01030.21030.61031.41032.21033.0103yxz图4SUBBOFF-1 压力分布云图SUBOFF 潜艇全附体外形和光体外形的阻力计算结果见表 2 和表 3。附体对 SUBOFF 潜艇总阻力的影响较大，相比于全附体模型，光体模型总阻力最多减小超过 20%，且随航速的增加，摩擦阻力占总阻力的比值逐渐降低，由 3.046m/s 航速时的 83.73%下降到 15.432m/s 航速时的 79.66%，相应的压差阻力发生了同等比例的增加。表2SUBOFF-1 计算结果速度/（m/s）压差阻力/N 摩擦阻力/N 总阻力/N 摩擦阻力占比/%3.04623.4877.44100.9276.735.14466.67212.96279.6376.166.09692.59289.10381.6975.747.161130.25386.28516.5374.788.231171.35497.51668.8674.389.152215.16602.06817.2273.6710.288277.06744.361021.4272.8812.860454.791115.921570.7171.0515.432670.441551.792222.2369.83表3SUBOFF-2 计算结果速度/（m/s）压差阻力/N 摩擦阻力/N 总阻力/N 摩擦阻力占比/%3.04614.8276.2491.0683.735.14440.21195.47235.6882.946.09655.31264.54319.8582.717.16174.88351.83426.7182.458.23197.73449.30547.0382.139.152120.97543.46664.4381.7910.288152.56669.87821.8181.4412.860241.28996.871238.1580.5115.432354.311387.231741.5479.66对于全附体的 SUBOFF-1 模型，对数值计算结 果 和 试 验 结 果 进 行 比 较，具 体 结 果 见 图 5，SUBOFF 艇体的阻力在速度为 6.096m/s 时，阻力计算值与试验值误差相差最大，为 1.93%，6 个航速下的平均误差为 1.36%，试验值和计算值吻合很好，由此可知本文采用的计算方法具有可靠的计算精度。24681012141600.51.01.52.02.5粘压阻力摩擦阻力总阻力试验值F/103Nv/(m/s)图5计算与试验对比结果2仿海豚和仿鲨鱼外形设计及阻力数值预报2.1计算模型2.1.1仿海豚模型仿海豚模型的原始模型通过三维扫描方式重构建模获得，为使计算具有可比性，仿海豚模型长度与标准 SUBOFF 模型艇长一致，即艇长都为4.356m。对仿海豚模型进行去附体处理，共得到3 种模型，第 1 种为全附体模型，记为 Haitun-1，见160应用科技第51卷图 6（a）；第 2 种 为 去 掉 胸 鳍 后 的 模 型，记 为Haitun-2，见图 6（b）；最后一种为光体的海豚模型，记为 Haitun-3，见图 6（c）。yxzyxzyxz(a)Haitun-1(b)Haitun-2(c)Haitun-3图6仿海豚三维模型示意2.1.2仿鲨鱼模型同样，仿鲨鱼模型长度与标准 SUBOFF 模型艇长一致，即艇长都为 4.356m。对仿鲨鱼模型进行去附体处理，共得到 3 种模型，第 1 种为全附体模型，记为 Shayu-1，见图 7（a）；第 2 种为去掉胸鳍后的模型，记为 Shayu-2，见图 7（b）；最后 1 种为光体的鲨鱼模型，记为 Shayu-3，见图 7（c）。yxzyxzyxz(a)Shayu-1(b)Shayu-2(c)Shayu-3图7鲨鱼三维模型示意2.2计算结果2.2.1仿海豚模型阻力计算结果数值计算采用与标准 SUBOFF 模型相同的边界条件和计算网格。在 9 个航速下 Haitun-1、Haitun-2、Haitun-3 共 3 个模型各自的阻力计算结果见图 8。表 4 给出了各海豚模型的摩擦阻力占总阻力的比值。24681012141601234粘压阻力摩擦阻力总阻力粘压阻力摩擦阻力总阻力粘压阻力摩擦阻力总阻力F/103 NF/103 NF/103 Nv/(m/s)(a)Haitun-1 阻力计算结果(b)Haitun-2 阻力计算结果(c)Haitun-3 阻力计算结果 246810121416v/(m/s)246810121416v/(m/s)012300.51.01.52.02.5图8海豚模型阻力计算结果表4海豚模型的摩擦阻力占总阻力比值速度/（m/s）阻力占比/%Haitun-1Haitun-2Haitun-33.04672.4476.1284.415.14471.5775.2383.676.09671.3474.7783.237.16170.9574.0082.938.23170.3973.9582.589.15270.1873.3382.2810.28869.7973.0881.9712.86069.1772.1881.4415.43268.7471.4580.99由表 4 可以看出，随着航速的增加，摩擦阻力和压差阻力都在不断地增加，但是摩擦阻力在总第1期马镜，等：高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究161阻力中的占比逐渐减少，3 个模型在航速达到15.432m/s 时，摩擦阻力占比相比 3.046m/s 时分别降低了 3.70%、4.67%、3.42%，且其中光体模型的摩擦阻力占比最高。另外，不同的附体模型，摩擦阻力和压差阻力的比值是不同的，即胸鳍和背鳍会使总阻力快速地增加，即在有背鳍的情况下，去掉胸鳍会引起总阻力减少 20%以上；在无胸鳍的情况下，去掉背鳍会引起总阻力减少 15%以上。另外通过数据对比发现，去掉胸鳍引起的阻力变化量随速度相对恒定，而去掉背鳍引起的阻力的变化量会随速度的增加有一定的增加。2.2.2仿鲨鱼模型阻力计算结果仿 鲨 鱼 模 型 Shayu-1、Shayu-2、Shayu-3 在9 个航速下各自的阻力计算结果分别见图 9（a）图 9（c）。表 5 给出各仿鲨鱼模型的摩擦阻力占总阻力比值。表5各鲨鱼模型的摩擦阻力占总阻力比值速度/（m/s）阻力占比/%Shayu-1Shayu-2Shayu-33.04666.5078.3981.865.14465.7976.8780.886.09665.3776.3880.507.16164.8075.6780.048.23164.4275.3179.639.15264.0474.8979.2710.28863.6574.3279.1112.86062.6373.6578.2515.43261.9672.9177.78表 5 显示随着航速的增加，摩擦阻力和压差阻力都在不断地增加，但是摩擦阻力在总阻力中的占比逐渐减少，3 个模型在航速达到 15.432m/s时，摩擦阻力占比相比 3.046m/s 时分别降低了4.54%、5.48%、4.08%。另外，不同附体的仿鲨鱼模型，其摩擦阻力和压差阻力的比值是不同的，仿鲨鱼模型的各鱼鳍会使总阻力快速增加，即在有背鳍的情况下，去掉胸鳍、腹鳍、上臀鳍和下臀鳍会引起总阻力减少 30%以上；在无胸鳍的情况下，去掉背鳍会引起总阻力减少 10%以上。另外通过数据对比发现，去掉胸鳍引起的阻力变化量随速度相对恒定，而去掉背鳍引起的阻力的变化量会随速度的增加有约 3%的增加。3高速水下无人航行器构型优选3.1SUBOFF、仿海豚模型和仿鲨鱼模型阻力比较ReRe为了比较不同模型的阻力性能，将前述计算的全部模型分为 3组，模型的艇长均相同，对于速度进行无量纲处理，采用雷诺数表征流体流动情况，定义如下：Re=vLRevL式中：为雷诺数，为流体密度，为流体速度，为艇体长度，为动力粘性系数。KrKr采用阻力与排水重量的比值作为阻力性能优劣的判断指标，定义如下：Kr=FgVFV9.8 m/s2式中：为总阻力，为流体密度，为模型排水体积，g 取。对全附体的海豚模型和全附体的鲨鱼模型，即Haitun-1 和 Shayu-1 进行对比，Haitun-1 模型的排水重量为12490.00N，Shayu-1 的排水量为11208.16N，具体对比结果见图10（a）；对SUBOFF-1、Haitun-2 和Shayu-2 进行对比，SUBOFF-1 排水重量为6890.58N，Haitun-2 模型的排水重量为 12206.00N，Shayu-200.61.21.82.43.03.64.2粘压阻力摩擦阻力总阻力012300.51.01.52.02.5粘压阻力摩擦阻力总阻力粘压阻力摩擦阻力总阻力246810121416v/(m/s)246810121416v/(m/s)246810121416v/(m/s)F/103 NF/103 NF/103 N(a)Shayu-1 阻力计算结果(b)Shayu-2 阻力计算结果(c)Shayu-3 阻力计算结果 图9海豚模型阻力计算结果162应用科技第51卷的排水重量为11004.42N，具体对比结果见图10（b）；对 SUBOFF-2、Haitun-3 和 Shayu-3 进行对比，SUBOFF-2 的排水重量为 6825.21N，Haitun-3 模型排水量为 12081.34N，Shayu-3 排水重量为 10916.32N，对比结果见图 10（c）；图 10（d）为以 SUBOFF-2 为基准 Haitun-3 和Shayu-3 的减阻效果。6.7107以上 3 组对比结果都说明了在不同的附体情况下，以单位排水量的阻力为评价标准，海豚模型的阻力特性是最好的。但是通过不同组的对比，发现不同的附体对于结果也有很大的影响，可以看出在只有背鳍的情况下，海豚和鲨鱼的阻力性能十分接近。图 10（d）表明基于 SUBOFF-2 的阻力，在 9 个航速下 Haitun-3 的减阻效果都超过了22%，在雷诺数为时，即航速为 15.432m/s时，其减阻效果达到了 25.15%，而 Shayu-3 的减阻效果在 14%18%波动，说明 Haitun-3 的减阻效果最好。3.2水下无人航行器回转体模型设计观察海豚的光体模型，此模型是左右对称的，上半部分的弧度要比下半部分的高，将海豚模型在水平面做纵剖面，将得到的纵剖新做 180的回转得到了一个新的模型，记为 Haitun-4；再将海豚模型在竖直面做纵剖面，对于剖线的上下 2 部分分别做 360的回转，得到了 2 个新的模型，分别记为 Haitun-5 和 Haitun-6，模型见图 11。(a)Haitun-4 模型(b)Haitun-5 模型(c)Haitun-6 模型xyzxyzxyz图11改进模型示意3.3回转体模型计算结果和分析Haitun-4、Haitun-5 和 Haitun-6 共 3 个回转体模型的阻力预报结果如表 68 所示。从表 68 中可以简单看出，Haitun-5 的阻力最大，其摩擦阻力占总阻力的比值是最小的，Haitun-4 的阻力在速度较小时略高于 Haitun-6，在高速时阻力略低于Haitun-6，但是其摩擦阻力占总阻力的比值始终低于 Haitun-6。123456700.100.200.300.40Haitun-1Shayu-1KrKrKr00.050.100.150.200.250.300.35SUBOFF-1Haitun-2Shayu-2SUBOFF-2Haitun-3Shayu-300.100.200.301216202428Haitun-3Shayu-3减阻效果/%Re/107(a)Haitun-1 和 Shayu-1 阻力特性对比(b)SUBOFF-1、Haitun-2 和 Shayu-2 阻力特性对比(c)SUBOFF-2、Haitun-3 和 Shayu-3 阻力特性对比(d)基于 SUBOFF-2 的减阻效果1234567Re/1071234567Re/1071234567Re/107图10各类模型阻力特性第1期马镜，等：高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究163表6Haitun-4 阻力计算结果速度/（m/s）压差阻力/N 摩擦阻力/N 总阻力/N 摩擦阻力占比/%3.04621.0590.87111.9281.195.14457.13218.51275.6479.276.09677.78291.81369.5978.967.161104.44380.73485.1778.478.231135.53479.89615.4277.989.152164.08574.39738.4777.7810.288202.75695.62898.3777.4312.860306.311013.281319.5976.7915.432425.521373.441798.9676.35表7Haitun-5 阻力计算结果速度/（m/s）压差阻力/N 摩擦阻力/N 总阻力/N 摩擦阻力占比/%3.04633.22119.40152.6278.235.14488.45298.32386.7777.136.096121.08400.20521.2876.777.161162.45528.52690.9776.498.231210.80671.84882.6476.129.152258.01806.311064.3275.7610.288322.82988.151310.9775.3812.860482.641452.721935.3675.0615.432670.881990.692661.5774.79表8Haitun-6 阻力计算结果速度/（m/s）压差阻力/N 摩擦阻力/N 总阻力/N 摩擦阻力占比/%3.04619.4389.86109.2982.225.14452.51221.83274.3480.866.09671.75295.49367.2480.467.16195.18388.58483.7680.328.231123.69491.85615.5479.919.152150.79590.29741.0879.6510.288187.68718.95906.6379.3012.860280.591054.641335.2378.9915.432395.151434.191829.3478.40Kr将 Haitun-4、Haitun-5、Haitun-6 的 阻 力 和Haitun-3 的结果进行对比，采用值作为评价阻力性能好坏的系数，Haitun-4 的排水重量为11209.73N，Haitun-5 的排水重量为17188.61N，Haitun-6 的排水重量为 11471.19N。4 种模型的相关系数的对比见表 9 和图 12。表9Haitun-3、4、5、6 阻力特性对比ReHaitun-3Haitun-4Haitun-5Haitun-61.321070.01020.01000.00890.01012.231070.02670.02460.02250.02532.641070.03650.03300.03030.03383.101070.04860.04330.04020.04463.571070.06250.05490.05130.05673.971070.07540.06590.06190.06834.461070.09350.08010.07630.08355.581070.13850.11770.11260.12306.691070.19110.16050.15480.168500.040.080.120.160.20Haitun-3Haitun-4Haitun-5Haitun-6Kr1234567Re/107图12Haitun-3、4、5、6 阻力特性对比通过比较发现，Haitun-4、Haitun-5 和 Haitun-6共 3 个回转体模型的阻力均要优于原始模型，其中 Haitun-5 模型的阻力特性最好。图 13 是基于SUBOFF-2 模型各航速下的 3 个优化模型的减阻效果百分比，其中 Haitun-5 在 9 个航速下的减阻效果均高于 33%，在航速为 15.432m/s 时的减阻效果达到了将近 40%。12345672428323640Haitun-4Haitun-5Haitun-6减阻效果/%Re/107图13减阻效果4结论对于高速 UUV，其阻力性能的优劣对航速和续航能力的提升是至关重要的一方面。本文从仿生角度出发，针对水下无人航行器的减阻需求，模仿海豚和鲨鱼 2 种高速游动生物，设计了仿海豚模型和仿鲨鱼模型，运用 CFD 技术对其不同附体模型的阻力性能进行了预报和分析，得出如下结论：1）对全附体 SUBOFF 潜器的阻力计算结果，在速度为 6.096m/s 时，阻力计算值与试验值误差相差最大，为 1.93%，6 个航速下的平均误差为1.36%，验证了 CFD 技术在高速水下航行器水动力性能预报上适用性和准确性。2）在研究不同水动力外形的阻力数值模拟中，在航速由 3.046m/s 增加到 15.432m/s 时，摩擦阻力占总阻力的比例减小的较为均匀，总体减小164应用科技第51卷了 3.42%5.48%不等。3）不同的附体情况，摩擦阻力和压差阻力的比值是不同的，附体的存在会使总阻力快速地增加，对于仿生模型，去掉胸鳍引起的阻力变化量随速度相对恒定，而去掉背鳍引起的阻力的变化量会随速度的增加有一定的增加。Kr4）对于光体模型，Haitun-5 的值最小，其在4 个光体模型中摩擦阻力占总阻力比值也是最大的，说明对于回转体外形，不能一味地追求外形的细长，对于构成回转体的曲线的曲率，或者说曲面的弯曲程度也对阻力有着显著的影响。本文的 Haitun-5 可为高速 UUV 的外形设计提供参考。参考文献：王童豪,彭星光,潘光,等.无人水下航行器的发展现状与关键技术 J.宇航总体技术,2017,1(4):5264.1邱志明,马焱,孟祥尧,等.水下无人装备前沿发展趋势与关键技术分析 J.水下无人系统学报,2023,31(1):19.2TANGIRALA S,DZIELSKI J.A variable buoyancycontrolsystemforalargeAUVJ.IEEEjournalofoceanicengineering,2007,32(4):76271.3MCPHAIL S.Autosub6000:a deep diving long rangeAUVJ.Journalofbionicengineering,2009,6(1):5562.4HORNFELDW.StatusoftheatlaselektroniksmodularAUV familyC/The 25th International Conference onOffshore Mechanics and Arctic Engineering.Hamburg:ASME,2006,47462:707715.5YUE Chunfeng,GUO Shuxiang,Shi Liwei,et al.Characteristics evaluation of tguhe vertical motion of aspherical underwater robotC/2012 IEEE InternationalConference on Robotics and Biomimetics.Guangzhou:6IEEE,2012:759764.HE Junjie,CAO Yong,HUANG Qiaogao,et al.A newtype of bionic manta ray robotC/Global Oceans 2020.Piscataway:IEEE,2020:16.7操盛文,吴方良.尺度效应对全附体潜艇阻力数值计算结果的影响 J.中国舰船研究,2009,4(1):337,42.8李鹏,王超,孙华伟,等.潜艇阻力及流场数值仿真策略优化分析 J.上海交通大学学报,2022,56(4):506515.9梁晶,康宝臣,冯丽娜.某无人水下航行器阻力特性数值模拟 J.数字海洋与水下攻防,2021,4(4):323327.10刘天天.自治水下航行器典型水动外形谱系研究D.天津:天津大学,2018.11KARIM M M,RAHMAN M M,ALIM M A.ComputationofturbulentviscousflowaroundsubmarinehullusingunstructuredgridJ.Shiptechnol,2009,5(1):9731423.12VAZG,TOXOPEUSSL,HOLMESS.Calculationofmanoeuvring forces on submarines using two viscous-flowsolversC/InternationalConferenceonOffshoreandArctic Engineering.Shanghai:ASME,2010,49149:621633.13徐妍,高霄鹏.附体对潜艇阻力性能的影响研究 J.舰船科学技术,2021,43(11):3540.14LIUHanlie,THOMASH.SummaryofDARPASUBOFFexperimental program dataR.Naval Surface WarfareCenter Carderock Div Bethesda MD HydromechanicsDirectorate,1998.15LINYuxian,LIXianchen.TheinvestigationofaslidingmeshmodelforhydrodynamicanalysisofasuboffmodelinturbulentflowfieldsJ.Journalofmarinescienceandengineering,2020,8(10):744.16王福军.计算流体动力学分析:CFD 软件原理与应用M.北京:清华大学出版社,2004.17本文引用格式：马镜,兰飞翔,游航.高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究 J.应用科技,2024,51(1):158165.MAJing,LANFeixiang,YOUHang.Researchonbiomimeticshapedesignanddragnumericalpredictionofhigh-speedUUVJ.Appliedscienceandtechnology,2024,51(1):158165.第1期马镜，等：高速水下无人航行器仿生外形设计与阻力数值预报研究165