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以鱼体和鱼鳍作为研究对象,在流场中进行数值模拟分析对于研究鱼类本身游动的高速、高效的游动机理和仿生工程上的应用具有十分重要的意义。以金枪鱼为仿生对象,以目前常用的回转体型水下机器人为对比对象,在三维软件Solidworks中结合金枪鱼的运动与形体特征建立鱼体模型和回转体机器人模型,并将建立的模型转换格式后导入Fluent软件中,在来流方向设置为与模型方向相平行的流场中进行有限元数值计算。计算中物理场采用中心差分插值方法,流动模型采用RNG两方程模型,结合具体参数进行了推导计算。计算结果表明,与常用的回转体型水下机器人相比,仿金枪鱼可有效的减小其在水中航行的阻力,提高推进效率。而且,仿生机器鱼在设计中应着重于头部、尾鳍及鱼体流线型部分的设计,其中为最大程度上减小仿生机器鱼运动时的阻力,应更侧重于仿生机器鱼体的流线型外形的优化设计。数值计算结果为仿生机器鱼的结构设计提供了一个良好的力学基础,对于减小运行阻力、提高仿生机器鱼的运动控制水平具有较高的指导意义。 相似文献
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将仿生机器鱼的C-型转向机动划分为弯曲阶段、保持阶段和伸展阶段，首先基于计算流体力学（CFD）方法建立了鱼体与流体相互作用的耦合求解方法，其次通过二次开发FLUENT实现机器鱼在C-型转向机动过程中鱼体的大变形运动，最后数值计算了机器鱼在C-型转向机动过程中的运动性能、水动力性能和流场涡结构。计算结果表明：仿生机器鱼在弯曲阶段和保持阶段进行快速的转向；在伸展阶段，机器鱼的艏向角速度和侧向速度快速的减小至零值，而前进速度则快速的增加，在伸展阶段结束时获得一个较大的前进速度；在滑行阶段，仿生机器鱼以获得的纵向速度向前滑行，并且纵向速度缓慢的减小。机器鱼的C-型转向机动能够实现小范围内的大角度转向；在弯曲阶段和伸展阶段鱼体的快速弯曲和伸展运动各产生一个涡环，每个涡环产生一个射流，射流产生作用于机器鱼上的水动力和力矩。 相似文献
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仿生机器鱼作为一种高效、高机动的水下机器人,得到了科研人员的广泛关注,对BCF方式机器鱼尾鳍推进效率的研究是其中的重点方向。目前对尾鳍推进效率的优化研究,大多局限于尾鳍单一参数的优化,这与自然鱼类的游动状态相差甚远,因而不能真正达到推进效率最大化的目的。本文提出了尾鳍多参数优化方案,通过对尾鳍转动频率、摆动幅值、击水角度和摆动周期等参数的联合优化,得到一组特定游速下的参数值,结果表明本研究对象在游速0.6L m/s时(L为体长),数值计算推进效率为65.7%,仿真推进效率为64.3%的,均大于目前单一参数的优化结果,充分体现了尾鳍多参数配合的优越性。本文的研究,对提高仿生机器鱼的推进效率具有积极作用。 相似文献
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如果SPC—Ⅱ仿生机器鱼的技术完全成熟，那么未来的潜水艇就有可能摆脱螺旋桨推进的方式，以更接近于鱼类的方式在水下运动。 相似文献
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参照蝠鲼等鱼类游动方式所研制的水下仿生扑翼机器人具有效率高、机动性强、负载能力大等多方面优势。由于其广阔的应用前景，水下仿生扑翼机器人已逐步成为水下航行器领域的研究热点。本文系统地将蝠鲼的生物学特性、机器人的结构设计、动力学模型、单体运动控制、集群运动控制以及实验研究等方面的国内外研究进展进行了总结和梳理。已有的研究表明：水下仿生扑翼机器人正在朝着软体化、集群化、 高机动等方向发展，新兴的水下仿生扑翼机器人及仿生集群能够更加精确的模拟真实生物的游动姿态，并开展相关任务。当下的研究为水下仿生扑翼机器人性能的进一步优化与提升奠定了坚实的理论与实践基础。 相似文献
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设计了一种拉线机构驱动的仿鱼型自主巡游机器人，阐述了其机械结构、电路系统及控制算法的设计方案，同时开展开敞水域试验对其游动性能进行研究。研究表明，在直行及转弯试验中，当摆尾频率相同时，随着尾鳍摆动幅度的增加，机器鱼的游动速度上升；当尾鳍摆动幅度相同时，随着摆尾频率的增加，机器鱼游动速度先升后降，且在0.60 Hz附近时达到峰值；在目标角度转向试验中，当摆尾频率及目标角度相同时，随着尾鳍摆动幅度的增加，机器鱼的角度响应时间逐渐减小；当尾鳍摆动幅度及目标角度相同时，随着摆尾频率的增加，角度响应时间先降后升；当摆尾频率及摆动幅度相同时，目标角度的增加会使得角度响应时间呈上升趋势。研究成果验证了该机器鱼平台的可靠性，为将来进一步理论研究及实际应用提供了一定的参考。 相似文献
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如果SPC-Ⅱ仿生机器鱼的技术完全成熟,那么未来的潜水艇就有可能摆脱螺旋桨推进的方式,以更接近于鱼类的方式在水下运动。 相似文献
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仿鱼尾潜器推进系统的水动力分析 总被引：21，自引：3，他引：21
以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景 ,对金枪鱼的月牙形尾鳍进行水动力分析。文中将金枪鱼的尾鳍处理为在做横移和摇摆的耦合运动的同时 ,以某一匀速向前运动的月牙形刚性尾翼。计算中应用了双曲面元和压力库塔条件 ,利用面元法计算分析该三维尾翼的非定常水动力性能。探讨了前进速度、横荡和摇首的幅度、频率及其相位差对推进性能的影响 相似文献
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为研究鱼类高速游动机理，以金枪鱼月牙形尾鳍为对象，采用面元法计算分析了其非定常水动力性能。假设尾鳍在横移和摇摆的同时，以某一匀速向前运动，并假设其在弦向和展向以某一给定规律发生变形，以模仿柔性变形。探讨了前进速度、横移和摇摆的幅度、频率及其相位差对柔性尾鳍推进性能的影响，并与做相应运动的刚性尾鳍进行了对比。 相似文献