機器魚被動推進的理論分析與仿真研究.pdf

1、目前，仿魚水下推進器已成為仿生科研領域的一個研究熱點，其中仿鮪科推進模式的水下推進器由于具備能源利用率高，推進速度快，適于長時間、大范圍、較復雜工況的的水下作業(yè)等特點，成為研究的重點。仿魚水下推進技術在海洋生物考察、海底勘探、救生以及軍事領域具有很高的應用價值。本課題依托機器人技術與系統(tǒng)國家重點實驗室自主研究課題“魚體利用流場能量的推進行為及新型仿魚機器人的研究”，開展了對鮪科模式魚類游動力學特性的基礎理論研究。
　　本文通過對比

2、分析兩足機器人高效運動的研究方法，提出了結合步行數(shù)據(jù)法和被動動力學法對仿生機器魚的運動進行理論與仿真分析的新思路。按照步行數(shù)據(jù)法，通過對鯉魚游動姿態(tài)進行圖像分析，根據(jù)魚體上每一點的運動均滿足縱橫諧波頻率比為2:1的李薩如方程的特點，建立了基于李薩如圖形的魚體運動學新模型。并借助Matlab軟件對該模型進行了仿真分析，驗證了其具有更高逼近精度的優(yōu)越性。同時，結合真實魚類運動的生理結構，建立了機器魚被動推進的仿真模型，并根據(jù)現(xiàn)有效率公式存在

3、的缺陷，提出了兩種評價魚類穩(wěn)態(tài)游動時效率高低的新方法。
　　在理論分析的基礎上，應用動網(wǎng)格技術進行了靜水環(huán)境下被動尾鰭推進的二維流場仿真研究，分別探討了儲能彈簧的剛度變化規(guī)律以及魚體波波數(shù)變化規(guī)律對整魚推進水動力性能的影響。并通過模擬順水、逆水勻強流場以及正逆卡門渦街等典型流場，結合本文所提出的兩種效率評定函數(shù)，進行了典型運動流場環(huán)境中，魚體波動與流場間能量交換作用的仿真研究，對比分析了魚體以不同姿態(tài)穿越正、逆卡門渦街時的水動力性