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user: 4. 计算结果及分析 4.1. 不同摆动角度下组合水翼水动力特性研究 分别计算摆动角速度为100˚/s和摆动角度为±5˚、±10˚、±20˚的工况。摆动角度为±5˚时4个典型位置的压力云图如图3左侧图示，其中t = 0.05 s时刻为+5˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(下侧)处产生较高压力，背面(上侧)产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−61557 Pa；t = 0.15 s时刻为−5˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(上侧)产生较高压力，背面(下侧)处产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−58462 Pa；t = 0.1 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，且在两翼型夹角内侧产生高压，前缘外侧产生低压。分析认为压力分布主要是由于t = 0.05 s时刻翼型2与来流攻角较大，t = 0.15 s时刻翼型3与来流攻角较大，在叶背区域形成流动分离，从而产生了较大的压强。 图3. 水翼5˚摆角下不同时刻压力与速度云图：(a) 0.05 s; (b) 0.1 s; (c) 0.15 s 摆动角度为±5˚时4个典型位置的速度云图如图3右侧图示，其中t = 0.05s时刻为+5˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(下侧)高流速区域大于背面，最大流速为12.1 m/s；t = 0.15 s时刻为−5˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(上侧)高流速区域大于背面，最大流速为12.1 m/s；t = 0.1 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，两侧均产生高流速区域，根据各自的摆动情况，迎面的高流速区域大于背面，其最大流速分别为11.7 m/s和11.6 m/s；不同时刻，高流速分布区域始终位于翼型2和翼型3前缘区域。 摆动角度为±10˚时4个典型位置的压力云图和速度云图如图4所示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(下侧)处产生较高压力，背面(上侧)产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−74773 Pa；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(上侧)产生较高压力，背面(下侧)处产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−71986 Pa；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，且在两翼型夹角内侧产生高压，前缘外侧产生低压。 图4. 水翼10˚摆角下不同时刻压力与速度云图：(a) 0.1 s; (b) 0.2 s; (c) 0.3 s 摆动角度为±10˚时4个典型位置的速度云图如图4右侧图示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(下侧)高流速区域大于背面，最大流速为12.9 m/s；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(上侧)高流速区域大于背面，最大流速为12.9 m/s；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，两侧均产生高流速区域，根据各自的摆动情况，迎面的高流速区域大于背面，其最大流速分别为11.43 m/s和11.39 m/s；不同时刻，高流速分布区域始终位于翼型2和翼型3前缘区域。 摆动角度为±20˚时4个典型位置的压力云图和速度云图如图5所示，其中t = 0.2 s时刻为+20˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(下侧)处产生较高压力，背面(上侧)产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−114900 Pa；t = 0.6 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(上侧)产生较高压力，背面(下侧)处产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−104800 Pa；t = 0.4 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，且在两翼型夹角内侧产生高压，前缘外侧产生低压。 图5. 水翼20˚摆角下不同时刻压力与速度云图：(a) 0.2 s; (b) 0.4 s; (c) 0.6 s 摆动角度为±20˚时4个典型位置的速度云图如图5右侧图示，其中t = 0.2 s时刻为+20˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型1迎面(下侧)靠近前缘处产生较高流速，最大流速为14.2 m/s；t = 0.6 s时刻为−20˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型1迎面(上侧)靠近前缘处产生较高流速，最大流速为13.7 m/s；t = 0.4 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，两侧均产生高流速区域，根据各自的摆动情况，迎面的高流速区域大于背面，其最大流速分别为12.0 m/s和11. 9 m/s。 对比不同摆动角度下三体组合振荡水翼的最大流速区域可以看到，在摆动角度为±20˚时与小角度摆动时区域不一样，这主要是由于大角度摆动时翼型1的尾流对翼型2和3的进流产生了扰动，而小角度摆动时，翼型1的尾流主要影响范围尚未到达翼型2和翼型3的首部区域。 4.2. 不同来流速度下组合水翼水动力特性研究 来流速度为1 m/s时4个典型位置的压力云图和速度云图如图6所示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(下侧)处产生较高压力，背面(上侧)产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−29318 Pa；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(上侧)产生较高压力，背面(下侧)处产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−28923 Pa；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，且在两翼型夹角内侧产生高压，前缘外侧产生低压。 来流速度为1 m/s时4个典型位置的速度云图如图6右侧图示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(下侧)靠近前缘部位产生较大速度，最大速度为1.70 m/s；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(上侧)靠近前缘部位产生较大速度，最大速度为1.64 m/s；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，两侧均产生高流速区域，根据各自的摆动情况，迎面的高流速区域大于背面，其最大流速分别为1.22 m/s和1.24 m/s；不同时刻，其最小流速始终分布在翼型前缘，且在后缘产生尾涡。 图6. 来流速度1 m/s时不同时刻压力与速度云图：(a) 0.1 s; (b) 0.2 s; (c) 0.3 s 来流速度为5 m/s时4个典型位置的压力云图和速度云图如图7所示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(下侧)处产生较高压力，背面(上侧)产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−74773 Pa；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(上侧)产生较高压力，背面(下侧)处产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−71986 Pa；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，且在两翼型夹角内侧产生高压，前缘外侧产生低压。 来流速度为5 m/s时4个典型位置的速度云图如图7右侧图示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(下侧)高流速区域大于背面，最大流速为12.9 m/s；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(上侧)高流速区域大于背面，最大流速为12.9 m/s；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，两侧均产生高流速区域，根据各自的摆动情况，迎面的高流速区域大于背面，其最大流速分别为11.43 m/s和11.39 m/s；不同时刻，高流速分布区域始终位于翼型2和翼型3前缘区域。 图7. 来流速度5 m/s时不同时刻压力与速度云图：(a) 0.1 s; (b) 0.2 s; (c) 0.3 s 来流速度为10 m/s时4个典型位置的压力云图和速度云图如图8图示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(下侧)处产生较高压力，背面(上侧)产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−348750 Pa；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，其迎面(上侧)产生较高压力，背面(下侧)处产生较低压力，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，最低压为−346190 Pa；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，高低压区域主要分布在翼型2和翼型3表面，且在两翼型夹角内侧产生高压，前缘外侧产生低压。 来流速度为10 m/s时4个典型位置的速度云图如图8右侧图示，其中t = 0.1 s时刻为+10˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(下侧)高流速区域大于背面，最大流速为26.6 m/s；t = 0.3 s时刻为−10˚摆动角，且向中间位置摆动，在翼型2和翼型3夹角外侧靠近前缘处产生较高流速，且迎面(上侧)高流速区域大于背面，最大流速为26.5 m/s；t = 0.2 s时刻，翼型位移摆动角为0˚的中间位置，两侧均产生高流速区域，根据各自的摆动情况，迎面的高流速区域大于背面，其最大流速分别为21.9 m/s和21.8 m/s。 图8. 来流速度10 m/s时不同时刻压力与速度云图：(a) 0.1 s; (b) 0.2 s; (c) 0.3 s 4.3. 组合水翼受力结果 根据计算结果提取不同摆动角度和速度下的最大升力和阻力曲线，如图9和图10所示。 图9. 不同摆动角度下的升力和阻力 由图9可知，在不同摆动角度工况下，随着摆动角度的增大，阻力增加，且增加的速度也在增大；随着摆动角度的增加，翼型2和翼型3的升力变化不大，翼型1的升力逐渐增大。翼型2和翼型3升力呈对称分布，说明在这种低速摆动运动过程中对称角度上流场基本呈对称性，使得作用在两个翼型上升力相同。 图10. 不同来流速度下的升力和阻力 由图10可以看到，在不同来流速度工况下，随着速度的增大，左右翼型的升力和阻力均增大，且升力和阻力增加的速度逐渐增大。不同流速下翼型2和翼型3的阻力随来流速度快速增加，而翼型1增长较慢，表明本文中分布的三体水翼的整体阻力主要发生在后两个翼型上，其受来流速度影响较大。