针对微型水下航行器潜行问题的龙虱划水推进机理研究
发布时间：2021-12-19 11:47
微型水下航行器在海上侦察、通信中继、情报搜集、潜水隐蔽等军事领域及海洋灾难营救、环境信息探测、海洋地理研究等民用领域发挥着重要作用,其水下推进模式在水下航行器的研究中具有重大意义。仿生推进模式较传统推进方法具有推进效率高、运动灵活、噪音低、隐蔽性好等优点,是近年来学术界研究的热点。龙虱,具备在水、陆、空三种状态下运动的能力,其水下高效推进性能以及原地转弯、后退能力引起了广大学者的兴趣,是水下航行器研究极佳的生物模本。本文以成年黄缘真龙虱为研究对象,分析其形态学及运动学特性,开展了仿后足跗节游泳毛样件及对比样件的阻力测试试验,结合对样件模型的流动模拟阐释了龙虱游泳足高效划水推进机理。具体内容如下:观察并分析了黄缘真龙虱的生活习性和运动特点,使用体视显微镜分析了黄缘真龙虱各足结构特征,发现为运动提供主要动力的游泳足长度在25 mm左右,跗节存在椭圆桨状游泳毛,其长度约5 mm,直径在5μm-25μm之间;采用超景深显微镜、原子力显微镜以及扫描电镜对后足跗节游泳毛表面微观形态进行观察分析,发现其表面为凹凸不平且带有微孔结构;游泳毛红外光谱试验确定成分具有疏水基团甲基和氨基,且测得游泳毛表面接...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多足爬行推进水下航行器现状[21]-[26]
吉林大学硕士学位论文6图1.2波状摆动推进水下航行器现状[27]-[31]鱼类的高效游动能力给微型水下航行器的研究带来重大意义。研究者们对鱼类不同品种进行研究，设计出不同功能的仿鱼水下航行器。世界上第一条真正意义上的仿生机器鱼RoboTuna（图1.2(a)、(b)）是1994年美国麻省理工学院模仿蓝鳍金枪鱼制成[28][29]，其运动模式为BCF（尾鳍推进）模式，该机器鱼身体由通过由铰链连接的铝链组成，不同尺寸的固定横梁在不同位置支撑身体表面连杆，使得身体可连续游动，体表为光滑表面，可消除杂散的湍流，以提高推进效率。此设计充分发挥其推动模式的高效性，但铝链身体应用于微型航行器时存在一定难度，其体表消除杂散湍流对微型水下航行器的研究具有一定意义。为改善传统机械零件对航行器行动的制约，2003年日本香川大学设计了一种水下鱼状微型机器人的新模型（图1.2(c)、(d)）[30]，该机器人以离子导电聚合物膜（ICPF）致动器为伺服致动器，以实现三个自由度的游泳运动，经实验验证表明，改变输入电压的幅度和频率可以控制该水下微型机器人的游泳速度，使得该机器鱼可灵活变速游动。该新型智能材料驱动器的研究为水下生物关节处复
吉林大学硕士学位论文8构比较简单，易于实现。图1.3扑翼摆动推进水下航行器[32]-[36]以上对海龟的模仿仅涉及扑翼本身结构，2011年哈尔滨工业大学模仿海龟扑翼的形状研制了一款仿扑翼推进水下航行器，名为Leonardo（图1.3(e)）[35][36]，该航行器在外部形态及内部推进形式上都跟海龟特别相似，其前侧仿生水翼推进装置如图1.3(f)所示，部件4能实现绕旋转轴5的拍旋运动，也能通过改变前缘上浮下沉实现位旋运动，尾部仿生蹼翼可控制航行器运行姿态，摄像头、深度计和电子罗盘等可以获得航行器速度、深度及偏航角度等信息。扑翼水下推进方式适用于普通水下航行器，可进行自由上涪下潜活动，深入水下测量，但其尺寸问题在应用于微型水下航行器时受到一定限制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于连杆机构综合的水下仿生推进装置设计[J]. 常宗瑜,王吉亮,杨晓光,方亚明. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]基于Arduino平台的仿水母机器人设计[J]. 陈绪,李志刚,陈志澜,崔秀芳,高振帮. 自动化与仪表. 2018(09)
[3]龙虱养殖关键技术的探究[J]. 王铁峰,杜永桢,王晓玲,张思宇,王爽,蔡源,孙弋淋,李云凯. 白城师范学院学报. 2016(02)
[4]BCF推进模式仿生机器鱼的研究现状与发展趋势[J]. 王扬威,于凯,闫勇程. 微特电机. 2016(01)
[5]波动鳍仿生机器鱼研究进展与分析[J]. 徐飞然,王光明,谭晓朋. 新型工业化. 2015(04)
[6]一种仿生机器鱼尾鳍推进机构的设计[J]. 李宗刚,吕江,石慧荣,高溥. 机械科学与技术. 2013(12)
[7]仿生推进装置驱动机构优化设计[J]. 张晓涛,吕建刚,李彦路,高飞,郭劭琰. 现代制造工程. 2012(06)
[8]仿生扑翼UUV的研究进展及关键技术[J]. 宋保维,丁浩,黄桥高,吴文辉,朱崎峰. 火力与指挥控制. 2011(04)
[9]中国真龙虱属Cybister Curtis分类研究（鞘翅目:龙虱科:龙虱亚科）[J]. 贾凤龙,王佳,王继芬,王卓. 昆虫分类学报. 2010(04)
[10]图像分析法测量液滴接触角[J]. 熊艳,贾志海,蔡小舒. 计测技术. 2010(02)
博士论文
[1]SMA驱动仿生机器鱼的尾鳍和喷射推进性能及其实验研究[D]. 高飞.哈尔滨工业大学 2015
[2]仿生扑翼水下航行器推进特性及运动性能研究[D]. 丁浩.西北工业大学 2015
[3]波动鳍仿生水下推进器及其控制方法研究[D]. 张代兵.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]龙虱游泳足运动特性研究及仿生划水推进机构设计与仿真[D]. 岳永丽.吉林大学 2018
[2]微小型观探测UUV水下组合导航技术的研究[D]. 张宏德.哈尔滨工程大学 2013
[3]微小型水下航行器在非均匀流场中的运动性能分析[D]. 闫岱峻.哈尔滨工程大学 2012
[4]仿生海龟水下机器人推进技术及实验研究[D]. 郭绍波.哈尔滨工程大学 2010
[5]一种水下航行体的仿水翼法推进技术研究[D]. 刘晓白.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3544363
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多足爬行推进水下航行器现状[21]-[26]
吉林大学硕士学位论文6图1.2波状摆动推进水下航行器现状[27]-[31]鱼类的高效游动能力给微型水下航行器的研究带来重大意义。研究者们对鱼类不同品种进行研究，设计出不同功能的仿鱼水下航行器。世界上第一条真正意义上的仿生机器鱼RoboTuna（图1.2(a)、(b)）是1994年美国麻省理工学院模仿蓝鳍金枪鱼制成[28][29]，其运动模式为BCF（尾鳍推进）模式，该机器鱼身体由通过由铰链连接的铝链组成，不同尺寸的固定横梁在不同位置支撑身体表面连杆，使得身体可连续游动，体表为光滑表面，可消除杂散的湍流，以提高推进效率。此设计充分发挥其推动模式的高效性，但铝链身体应用于微型航行器时存在一定难度，其体表消除杂散湍流对微型水下航行器的研究具有一定意义。为改善传统机械零件对航行器行动的制约，2003年日本香川大学设计了一种水下鱼状微型机器人的新模型（图1.2(c)、(d)）[30]，该机器人以离子导电聚合物膜（ICPF）致动器为伺服致动器，以实现三个自由度的游泳运动，经实验验证表明，改变输入电压的幅度和频率可以控制该水下微型机器人的游泳速度，使得该机器鱼可灵活变速游动。该新型智能材料驱动器的研究为水下生物关节处复
吉林大学硕士学位论文8构比较简单，易于实现。图1.3扑翼摆动推进水下航行器[32]-[36]以上对海龟的模仿仅涉及扑翼本身结构，2011年哈尔滨工业大学模仿海龟扑翼的形状研制了一款仿扑翼推进水下航行器，名为Leonardo（图1.3(e)）[35][36]，该航行器在外部形态及内部推进形式上都跟海龟特别相似，其前侧仿生水翼推进装置如图1.3(f)所示，部件4能实现绕旋转轴5的拍旋运动，也能通过改变前缘上浮下沉实现位旋运动，尾部仿生蹼翼可控制航行器运行姿态，摄像头、深度计和电子罗盘等可以获得航行器速度、深度及偏航角度等信息。扑翼水下推进方式适用于普通水下航行器，可进行自由上涪下潜活动，深入水下测量，但其尺寸问题在应用于微型水下航行器时受到一定限制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于连杆机构综合的水下仿生推进装置设计[J]. 常宗瑜,王吉亮,杨晓光,方亚明. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2018(11)
[2]基于Arduino平台的仿水母机器人设计[J]. 陈绪,李志刚,陈志澜,崔秀芳,高振帮. 自动化与仪表. 2018(09)
[3]龙虱养殖关键技术的探究[J]. 王铁峰,杜永桢,王晓玲,张思宇,王爽,蔡源,孙弋淋,李云凯. 白城师范学院学报. 2016(02)
[4]BCF推进模式仿生机器鱼的研究现状与发展趋势[J]. 王扬威,于凯,闫勇程. 微特电机. 2016(01)
[5]波动鳍仿生机器鱼研究进展与分析[J]. 徐飞然,王光明,谭晓朋. 新型工业化. 2015(04)
[6]一种仿生机器鱼尾鳍推进机构的设计[J]. 李宗刚,吕江,石慧荣,高溥. 机械科学与技术. 2013(12)
[7]仿生推进装置驱动机构优化设计[J]. 张晓涛,吕建刚,李彦路,高飞,郭劭琰. 现代制造工程. 2012(06)
[8]仿生扑翼UUV的研究进展及关键技术[J]. 宋保维,丁浩,黄桥高,吴文辉,朱崎峰. 火力与指挥控制. 2011(04)
[9]中国真龙虱属Cybister Curtis分类研究（鞘翅目:龙虱科:龙虱亚科）[J]. 贾凤龙,王佳,王继芬,王卓. 昆虫分类学报. 2010(04)
[10]图像分析法测量液滴接触角[J]. 熊艳,贾志海,蔡小舒. 计测技术. 2010(02)
博士论文
[1]SMA驱动仿生机器鱼的尾鳍和喷射推进性能及其实验研究[D]. 高飞.哈尔滨工业大学 2015
[2]仿生扑翼水下航行器推进特性及运动性能研究[D]. 丁浩.西北工业大学 2015
[3]波动鳍仿生水下推进器及其控制方法研究[D]. 张代兵.国防科学技术大学 2007
硕士论文
[1]龙虱游泳足运动特性研究及仿生划水推进机构设计与仿真[D]. 岳永丽.吉林大学 2018
[2]微小型观探测UUV水下组合导航技术的研究[D]. 张宏德.哈尔滨工程大学 2013
[3]微小型水下航行器在非均匀流场中的运动性能分析[D]. 闫岱峻.哈尔滨工程大学 2012
[4]仿生海龟水下机器人推进技术及实验研究[D]. 郭绍波.哈尔滨工程大学 2010
[5]一种水下航行体的仿水翼法推进技术研究[D]. 刘晓白.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3544363
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