仿鱼推进复合翼水动力学仿真研究

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自主式水下推进器在海洋生物考察,海底探测等方面具有很高的应用价值,传统的水下推进器采用螺旋桨和叶轮原理,存在机械效率低,机动性差等缺点。随着仿生学的发展,科学家通过对采用鱼类游动机理的推进器的研究,发现其在一定程度上可以解决传统推进器存在的问题,因此,对仿鱼推进器的研究成为目前仿生学领域的一个研究热点。  本课题依托机器人技术与系统国家重点实验室自主研究课题“鱼体利用流场能量的推进行为及新型仿鱼机器人的研究”,对仿鱼推进器利用流场能量提高自身的推进性能进行了研究。  科学研究发现,鱼类在游动的过程中能够从周围的流场中获取能量以提高自身的游动性能。本文在此研究的基础上,对仿鱼推进器的复合翼在拍动过程中合理利用流场的能量,以提高推进性能作了研究。  首先,建立了以金枪鱼尾鳍为模型的新月形拍动翼,并对其运动模型进行了仿真。然后在 Fluent软件下对新月形拍动翼进行数值计算,分析了拍动翼的各个运动参数对其推进力和推进效率的影响,并对拍动翼的流场结构进行了研究。确定出拍动翼高性能推进的参数范围,为复合翼推进的研究奠定基础。  在复合翼推进器的研究中,本文建立了串联结构的拍动翼,通过改变拍动翼之间的运动参数和其相对位置关系,使后拍动翼能够在前拍动翼的流场中获取能量,很大程度上提高了复合翼推进器的推进性能。  本文通过计算流体动力学模拟的方法,研究了新月形拍动翼在推进过程中产生的流场结构,并通过对复合拍动翼在推进过程中获取流场能量的方法研究,提高了推进器的推进性能,为研制更好性能的仿鱼推进器提供了理论基础。
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