單關節(jié)仿魚推進器效率的實驗研究.pdf

1、無人水下航行器(UnmannedUnderwaterVehicle，UUV)目前是世界各國關注的一個焦點，它的出現彌補了淺海等潛艇無法到達的水域空白，在水下搜救、水下資源探測以及軍事方面都有重要的應用。但目前傳統(tǒng)的UUV在續(xù)航能力、機動性和隱身性等方面并不能滿足復雜條件下的需求，而從魚類和其他水下哺乳動物（如海豚等）高超的游動能力尋找靈感，發(fā)展仿生技術研制新型UUV已成最具吸引力的方案。本文即從魚類尾鰭推進機理、效率研究著手，設計仿生推

2、進器，并研制了一種高效、高機動組合仿生UUV。
　　 本文首先建立了一套可以實現單自由度擺動的運動系統(tǒng)以及相配套的仿生推進推力和效率的測量平臺，實驗在循環(huán)式水洞中進行。運動系統(tǒng)基于LabVIEW軟件編程自動控制，并通過位置傳感器反饋校準。通過對電機轉動角速度、轉動扭矩、模型推力、來流速度等的測量，獲得各種條件下仿生推進器的推力和效率。同時還建立了流場顯示系統(tǒng)，初步分析魚類尾鰭推進的機理。
　　 設計了不同尾鰭進行測試，包

3、括剛性尾鰭用于模擬魨科運動模式，而剛性和柔性結合的尾鰭設計可以實現單自由度運動模擬鰭科或亞鲹科模式以及金槍魚模式。測量結果表明，在實驗參數范圍內，無論是純剛性還是部分柔性尾鰭，其推力都隨擺動幅度及頻率的增加而增加；而在效率方面，小擺幅擺動運動要優(yōu)于大擺幅運動；剛柔結合尾鰭無論在推力還是效率方面都要優(yōu)于剛性尾鰭。流場顯示表明剛性尾鰭尾跡中為雙列渦結構，而柔性尾鰭尾跡為單列渦結構，這可能是導致兩者效率差距的原因。
　　 為了克服單尾

4、鰭擺動推進不可避免的本體晃動，本文設計了并排雙尾鰭模型，通過對稱反相運動來抵消側向力，以確保UUV航行的穩(wěn)定。結果表明，該設計有效消除了側向晃動。進一步測試發(fā)現在實驗參數范圍內，剛性尾鰭并排組合后效率及推力都出現了下降，但剛柔結合尾鰭效率和推力均得到了提升。流場顯示結果結合文獻分析可以得到，剛性雙尾鰭尾跡對渦結構發(fā)生了變化，位于中間的對渦與流速方向垂直，從而降低了效率。
　　 最后，使用并行排列的剛柔結合雙尾鰭作為主推進器，并在