2、两栖无人机减阻的数值研究

两栖无人机减阻的数值研究

1. 引言

无人机（UAVs）在众多领域得到了广泛应用，如精准农业、环境监测、航空成像、搜索救援、观测监视以及控制线和电信塔评估等。不过，无人机在水质检测和偏远水域水样采集方面的应用相对较少。能够飞行、降落并在水面滑行的无人机，在飞行过渡控制、材料选择、推进系统、能源消耗和有效载荷能力等方面面临诸多挑战。同时，耐用性、可靠性、安全性和低成本等因素对于工业需求和客户要求至关重要。

市场上已有一些漂浮式无人机，它们能够在短时间内覆盖大面积水域。与其他滑行车辆不同，由于采用了气垫船原理，这些无人机避免了与水面的摩擦，从而节省了大量能源。其垂直起降能力使其能够在河流、湖泊和其他水域的精确位置进行水质分析。影响水陆两栖车辆续航能力的一个重要空气动力学参数是阻力。此前已有一些关于固定翼和旋转翼飞行器阻力的研究。

本文旨在通过计算流体动力学（CFD）分析，采用不同的湍流模型（如 k - ω、k - ε 和 SST k - ω），确定两栖无人机在不同攻角（AoA）和相对速度条件下的阻力系数。

2. 建模

概念化的两栖模型结合了多旋翼和气垫船的原理进行设计。为了减少计算量，模型按 1:0.25 的比例缩小。同时，为了保持与原型相同的雷诺数，速度提高了四倍，并考虑了各种风速条件进行模拟研究。

使用 ICEM 工具对缩小后的两栖结构进行切割单元网格划分，并通过偏斜度和正交性检查验证网格质量。缩小模型的结构化网格图像如下所示：

3. 计算流体动力学分析

在不同的相对