仿鲤鱼机器鱼推进性能的实验与数值模拟研究

发布时间：2017-05-25 07:20

  本文关键词：仿鲤鱼机器鱼推进性能的实验与数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：研究和模仿鱼类运动,从而制造出可以在海洋中高效穿梭的航行器,是人类开发和利用海洋的一个重要手段。本文以鲤鱼为原型,设计制造了一条可实现大角度S型摆动,外形逼真的仿生机器鱼,并测试了该机器鱼可承受的运动参数范围。以其为实验平台,实验研究了刚性、弹性的圆尾、鲤鱼尾、金枪鱼尾的系泊推进力,比较了不同形状的刚、弹性尾鳍的推进性能。研究发现弹性尾鳍让机器鱼的平均推力随振幅和频率的变化更平稳；在摆动频率处于中高段时,展弦比较大的尾鳍刚性比弹性能产生更大的推力；展弦比较小的尾鳍,弹性比刚性能产生更大的推力。运用FLUENT动网格模块,编写UDF,对机器鱼运动及其流场进行了二维数值模拟研究,得到升阻力系数随运动参数的变化规律,与实验值进行了比较；分析了尾流涡街、压力云图；间接得到特定工况下鱼体自推进速度,从而验证了机器鱼运动工况设计的合理性。对两种展弦比的尾鳍在两种尾鳍运动方式下的流场进行了三维数值模拟研究,得到了推力、侧向力、阻升比的差异。研究表明,当工况和运动方式相同时,金枪鱼尾产生的侧向力峰值和平均值更小,阻升比更大,因此可以实现更平稳的推进和更高的效率。本文的研究成果为实验室的仿生推进研究与后续机器鱼的研制打下了基础。
【关键词】：仿生机器鱼 系泊测力 FLUENT动网格 UDF 尾鳍运动方式
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 仿生机器鱼的研究意义及现状11-15
• 1.2.1 仿生机器鱼的研究意义11
• 1.2.2 有仿生机器鱼的介绍11-15
• 1.3 鱼游推进机理研究进展15-17
• 1.3.1 鱼游推进理论模型15-16
• 1.3.2 尾鳍推进性能研究进展16-17
• 1.4 本论文的研究目标及主要内容17-19
• 1.4.1 本论文的研究目标17-18
• 1.4.2 本论文的主要内容18-19
• 第2章 仿生机器鱼的设计及制作19-28
• 2.1 机器鱼整体外形及零部件设计19-25
• 2.1.1 机器鱼的整体设计19-20
• 2.1.2 机器鱼头部结构设计20-21
• 2.1.3 机器鱼尾部结构设计21-23
• 2.1.4 机器鱼尾鳍设计23-24
• 2.1.5 机器鱼装配及密封设计24-25
• 2.2 机器鱼摆动的控制系统设计25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 仿生机器鱼的推力性能实验研究28-45
• 3.1 机器鱼波动运动的参数设计28-30
• 3.2 实验设计30-35
• 3.2.1 工况设计30-33
• 3.2.2 实验设备和方法33-35
• 3.3 机器鱼推进性能实验结果35-44
• 3.3.1 刚性尾鳍机器鱼推力实验结果35-39
• 3.3.2 弹性尾鳍机器鱼推力实验结果39-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 仿生机器鱼推进性能二维数值模拟研究45-69
• 4.1 数值方法45-47
• 4.1.1 基本控制方程45
• 4.1.2 FLUENT软件简介45-46
• 4.1.3 动网格简介46-47
• 4.2 二维机器鱼的数值计算模型47-56
• 4.2.1 鱼体运动的给定48-52
• 4.2.2 计算区域验证52-54
• 4.2.3 网格验证54-56
• 4.3 数值模拟结果及分析56-68
• 4.3.1 系泊状态的数值模拟结果58-66
• 4.3.2 来流状态数值模拟结果66-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 尾鳍拍动的三维数值模拟研究69-77
• 5.1 网格及方法69
• 5.2 数值模拟结果及分析69-75
• 5.2.1 数值模拟结果与实验结果对比70-73
• 5.2.2 两种尾鳍运动方式推进性能对比73-75
• 5.3 本章小结75-77
• 第6章 总结与展望77-79
• 6.1 总结77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 攻读学位期间发表的论文和成果83-84
• 作者简介84

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8 申功p，

本文编号：393048