https://blog.hantaotao.top/tag/%E6%B5%81%E4%BD%93%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E7%90%86%E8%AE%BA/ https://blog.hantaotao.top/archives/116/ 2024-06-29T13:31:00+08:00 1、操纵性绪论UUV的操纵性是指借助其操作装置（推进器、舵、翼等）来改变或保持其运动速度、位置和姿态的性能，主要包括UUV稳态航行时的平衡状态，保持航行状态的性能（运动稳定性）和改变航行状态的性能（机动性）。2、平衡状态UUV为安全起见，会留有一定储备浮力，一般为排水量的2%，在水下稳态航行时为了平衡掉这部分正浮力，需要UUV有一定负的纵倾角，计算式如下：3、运动稳定性UUV在某一平衡运动状态下，收到外界干扰后随着时间推移，回到原来的平衡运动状态的能力。若可以回到原状态，则说明是稳定的，反之是不稳定的。从运动空间上看，可以分为垂直面运动稳定性和水平面运动稳定性，从运动学观点来看，可以分为静稳定性和动稳定性。3.1 垂直面运动稳定性3.1.1 静稳定性3.1.2 动稳定性参照这篇文章[什么是飞机的静稳定性和动稳定性 - 知乎 (zhihu.com)](https://zhuanlan.zhihu.com/p/82594255)动稳定性指的运动的过程，如果是逐渐收敛的则是动稳定的，如果是稳态震荡，则是中性动稳定的，如果震荡幅度越来越大，则是动不稳定的。用PID的观点来理解，P（静稳定性）运动快慢，D（动稳定性）运动趋势，I稳态误差。此外，就文献里所说，静稳定的条件达成比动稳定性苛刻；因此，要尽可能至少达成动稳定性。3.2 水平面运动稳定性3.2.1 静稳定性3.2.2 动稳定性4、机动性机动性指的是改变运动状态的能力，一般分为垂直面机动性和水平面机动性。4.1 垂直面机动性4.2 水平面机动性 https://blog.hantaotao.top/archives/17/ 2023-05-27T23:35:00+08:00 1、结构化网格与非结构化网格举例结构化网格示例：非结构化网格示例：2、结构化网格与非结构网格的特点及优缺点2.1 结构化网格特点“结构网格在拓扑结构上相当于矩形域内的均匀网格，其节 点定义在每一层的网格线上，其特点是每一节点与邻点之间的连接关系固定不变 且隐含在所生成的网格中。一般来讲，结构化网格的每个节点的周围都有相同数 目的元素，典型的结构化网格是长方形和六面体。它生成简单，可以处理比较规 则的简单曲面，通常还用来生成非结构化网格所需的背景网格。在非结构网格的 生成中插入点的控制参数，往往由背景网格所存储的信息得到，而用结构化网格 来生成背景网格既可以达到一定的精度要求，又可以简化计算。但是对于复杂外 形物体要生成贴体的结构网格是比较困难的。” (张永华, 2007, p. 9)“由于叶片边界曲线复杂，为了在内外边界之间生成网格，我们必须首先对叶片周 围的流场区域进行处理，把复杂的流场区域划分成若干个简单的流场区域块” (张永华, 2007, p. 65)“于叶片周围的流场区域被划 分成了小区域块，那些具有公共边的小区域块在公共边上的网格点设置必须一 致。” (张永华, 2007, p. 65)优缺点优点：**结构网格的CFD计算方法先进、计算精度高、计算效率高、计算稳定性好、对计算机内存等硬件资源要求低，在同样的物理空间里，需要的网格点数比非结构网格要少。由于结构网格可以很容易生成长宽比很大的黏性网格，计算时也基本可以保证要求的精度，因此，可以精确、高效地模拟边界层等黏性区域。缺点：**结构网格的结构性、有序性限制了其对复杂几何构型的适应能力，其网格生成较困难，网格生成的人工工作量比非结构网格要多。目前，对于航空航天飞行器等复杂构型的流动问题，结构网格一般采用分区网格、重叠网格技术等方法克服其几何适应能力差的缺陷，但这又会带来分区网格各区间隐式边界条件难以实现、重叠网格各区间寻找变量传递对应点及变量插值不守恒性等一系列问题。2.2 非结构化网格特点“ 非结构网格打破了结构化网格的 习惯思维，舍去了网格节点的结构性限制，因此易于控制网格单元的大小、形及网格点的位置，具有较大的灵活性，使得构造表面网格显得相对简单，可以合 理分布网格的疏密，提高计算精度。特别对于复杂几何形状，非结构化网格具有 较强的适应能力，因而是有限元法和有限体积法经常采用的网格。” (张永华, 2007, p. 10)“不同于结构 化网格生成方法，非结构化网格生成方法不需要给流场区域划分区域块，同时也 不必考虑叶片附近的附面层情况。该方法只关心区域边界上曲线的形状及其曲线 上网格点设置情况。比如，在叶片前缘和尾缘处，希望网格点密集些，在叶背和 叶盆处，希望网格点相对来说要稀疏些，之所以这样设置，是因为在这些位置流 场参数的变换情况不同，这些网格点的设置要求必须在边界离散的时候体现出 来。” (张永华, 2007, p. 68)优点：**非结构网格的最大优点是其几乎无所不能的几何适应能力，也就是对复杂构型强大的灵活性，其网格生成简单，尤其是网格生成的人工工作量少。非结构网格由于消除了结构网格中节点的结构性限制，节点和单元的分布可控性好，因而能较好地处理边界，容易控制网格的大小和节点的密度，它采用随机的数据结构有利于进行网格自适应以提高对间断（如激波等）的分辨率。一旦在边界上指定网格的分布，在边界之间可以自动生成网格，无需分块分区或用户的干预，总能生成整体网格、整体求解，而且不需要在子域之间传递信息，不存在像结构网格分区嵌套需要插值而损失精度。由于它随机的数据结构，使基于非结构网格的网格分区以及并行计算比结构网格要更加直接。缺点：**非结构网格的数据结构的随机性增加了寻址时间，网格的无方向性导致梯度项计算工作量的大量增大。而且，非结构网格的无序性使其很难像结构网格那样保证矩阵的对角占优、推进计算时邻近网格是最新修正后的流动变量，因而对于收敛性也有较大影响；在同样的物理空间单元，非结构网格需要的网格点数比结构网格要多（一个结构网格的长方体可以划分为2～5个非结构网格的四面体），尤其在黏性区里，非结构网格很难使用类似与结构网格的大长宽比网格，这就导致了在黏性区里必须在各个方向都布置很密的网格，对于三维高Re数流动问题，其计算量超过了目前的计算机水平。另外，CFD计算方法都是基于各类波有向传输的基本原理构造的，而非结构网格的随机方向性不易捕捉正确的流动结构，这将导致计算精度降低及计算稳定性下降。两者对比“所谓“非结构化”，就是指在这种网格系统中节点的编号命名并无一定规 则，甚至是完全随意的，而且每一个节点的邻点个数也不是固定不变的。总之， 与结构化网格中节点排列有序、每个节点与邻点的关系固定不变的这种结构严密 的情况相比，非结构化网格表现出一种不规则、无固定结构的特点。但正是这种 特点使该网格对不规则区域具有十分灵活的适应能力。” (张永华, 2007, p. 50)“在叶片周围进 行结构化网格生成过程中，我们必须根据叶片周围的流场特点进行不同区域的分 块，比如我们把图 4.1 所示的流场区域划分成了十二个小区域块，同时，在叶片 附近还需要考虑附面层的影响；在进行非结构化网格生成过程中，我们必须考虑 叶片周围流场参数的变化特点，在参数变化剧烈的地方，网格的分布必须密集些， 在参数变化缓慢的地方，网格的分布可以稀疏些，这样生成的网格可以保证数值 计算的收敛速度和精度。” (张永华, 2007, p. 71)结构网格的网格点之间的邻接是有序、规则的，单元是二维的四边形、三维的六面体；非结构网格点之间的邻接是无序的、不规则的，每个网格点可以有不同的邻接网格数，单元有二维的三角形、四边形，三维的四面体、六面体、三棱柱和金字塔等多种形状。2、混合网格3、重叠网格 https://blog.hantaotao.top/archives/14/ 2023-05-14T18:24:00+08:00 《我所理解的流体力学》是王洪伟老师所写的一本流体力学书籍，通俗、全面且专业。作为流体力学的自学入门书籍，再适合不过。1.1 流体的概念固体、液体和气体的区别本质在于微观结构的区别。例如，固体分子紧密挤在一起，并努力保持固定的排列方式；液体分子也挤在一起，但是没有意愿保持固定的排列方式；气体分子既不挤在一起，也没有意愿保持固定的排列方式。固体由于分子间化学键的存在，可以对压应力与剪应力都作出反应，会产生与之对应的力；而液体由于分子间没有保持固定结构的意愿，所以仅对压应力做出反应，对剪应力则是直接产生剪切变形，一点不反抗。固体接触面之间的摩擦力产生的本质在于电磁力，斥力与引力等情况；如果两个接触平面是分子间纯平的，也可因为分子间产生分子键而形成剪切应力。流体在流动情况下内部可以产生剪切力（静止条件下不会），流体的这个性质叫做粘性。1.2 流体的一些性质*粘性、表面张力、气体状态方程、气体压缩性、气体导热性。1.2.1 流体的粘性”当流体受到外界的剪应力作用的时候，它会不断的变形下去，在这种连续的剪切变形作用下的流体内部会产生剪切应力，这种性质称为流体的粘性。“注意粘性力与附着力的区别：粘性力是流体流动时的剪切力；附着力还包括了静态的拉力与剪切力（例如：固体在流体中运动，侧面受到流体的摩擦力作用，这种摩擦力的成 因是紧挨着固体的那一层流体分子与固体的附着力与流体内部的粘性力两者共同作用的结果。）。固体接触面摩擦力与挤压力成正比原因：因为挤压力越大，接触面积越大，摩擦力越大。固体的静摩擦系数与动摩擦系数一般不同原因：静摩擦系数完全是力平衡，而动摩擦系数，运动时还会伴随着化学键的形成与断裂，且同时会伴随着分子与分子团从原物体上的脱落等过程。流体与固体接触时，紧挨着固体的流体分子会吸附在固体上随之运动。所以，所谓流体与固体之间的摩擦力其实也就是流体之间的摩擦力，因而流体与固体之间的摩擦力与固体的材料无关，仅与流体的性质有关。** 一般液体，温度越高，粘性越小；一般气体，温度越高，粘性越高。当液体温度升高时，单个分子的振动加强，分子与分子之间的纠缠就更容易松脱，因而说温度越高粘性越小。对于气体，温度升高时，气体内部分子热运动加剧，各层之间分子交换频率上升，就能产生更多的动量交换，因而说温度增高，粘性增大。液体的粘性力大小与压力基本无关，气体的粘性也基本与压力无关。液体与固体的接触是分子级别的全面接触，因此摩擦力与挤压力无关，这个挤压力指流体内部的压力。对于气体而言，压力增加时，气体分子密度增加，一方面单位时间内有更多的分子从上层跳到了下层；另一方面，由于分子自由程减少，各层之间的宏观速度差，以及单个分子碰撞所传递的栋梁也相应减少。动量减少的比例与密度增加的比例是相同的，因此效果体现为总的交换动量是一样的，即密度改变不影响气体粘性力大小。平行流动中，任意两层流体之间的切应力表达式为：$$ \tau=\mu\frac{\partial\upsilon}{\partial y} $$式中：$\tau$ 表示切应力；$\mu$ 是粘性系数，描述粘性大小的系数； $\upsilon$ 表示流体的书评速度；y 表示竖直坐标。注：同一流体的粘性系数基本上只随温度变化。基本上所有气体和粘性小的液体都满足上式关系，这些流体被称为牛顿流体。一般来说，牛顿流体的粘性比较小，那些粘性比较大的流体如：油漆，蜂蜜，血浆等基本上属于非牛顿流体。所有非牛顿流体的切应力与速度梯度都不是线性关系，比较复杂。1.2.2 液体的表面张力表面张力的特性使液面趋向于最小，因此水滴都趋向于球形。1.2.3 气体的状态方程如果气体分子本身的体积和分子间的作用力可以忽略，这种气体被称为理想气体。 状态方程如下：$$p=\rho\frac{R_o}MT$$式中：$p$ 表示压力；$\rho$ 表示密度； $R_0$ 表示理想气体常数，$R_0=8.314J(mol\cdot K)$ ; $M$ 表示气体的摩尔质量； $T$ 表示温度。注：多数气体在常见的压力和温度范围内的分子自由程都比较大，因此都是比较符合理想气体状态方程的。针对于空气来说，状态方程可以简写为：$$p=\rho RT$$式中：$R$ 是空气中的气体常数，$R=287.06J/（kg·K）$气体密度的定义是单位体积气体的质量；温度的定义是气体分子平均动能的度量；压力体现为一种使气体膨胀的趋势，也体现为气体对相邻固体或液体界面的推力作用。注：不同于气体，液体的状态方程并没有一个统一的理想模型存在；一般的液体密度随温度升高而降低，变化率各有不同。水比较特殊，在4℃时密度最大。