單關(guān)節(jié)仿魚推進(jìn)器效率的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、無(wú)人水下航行器(UnmannedUnderwaterVehicle，UUV)目前是世界各國(guó)關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，它的出現(xiàn)彌補(bǔ)了淺海等潛艇無(wú)法到達(dá)的水域空白，在水下搜救、水下資源探測(cè)以及軍事方面都有重要的應(yīng)用。但目前傳統(tǒng)的UUV在續(xù)航能力、機(jī)動(dòng)性和隱身性等方面并不能滿足復(fù)雜條件下的需求，而從魚類和其他水下哺乳動(dòng)物（如海豚等）高超的游動(dòng)能力尋找靈感，發(fā)展仿生技術(shù)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(jìn)機(jī)理、效率研究著手，設(shè)計(jì)仿生推

2、進(jìn)器，并研制了一種高效、高機(jī)動(dòng)組合仿生UUV。
　　 本文首先建立了一套可以實(shí)現(xiàn)單自由度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)以及相配套的仿生推進(jìn)推力和效率的測(cè)量平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)在循環(huán)式水洞中進(jìn)行。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)基于LabVIEW軟件編程自動(dòng)控制，并通過(guò)位置傳感器反饋校準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度、轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩、模型推力、來(lái)流速度等的測(cè)量，獲得各種條件下仿生推進(jìn)器的推力和效率。同時(shí)還建立了流場(chǎng)顯示系統(tǒng)，初步分析魚類尾鰭推進(jìn)的機(jī)理。
　　 設(shè)計(jì)了不同尾鰭進(jìn)行測(cè)試，包

3、括剛性尾鰭用于模擬魨科運(yùn)動(dòng)模式，而剛性和柔性結(jié)合的尾鰭設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)單自由度運(yùn)動(dòng)模擬鰭科或亞鲹科模式以及金槍魚模式。測(cè)量結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，無(wú)論是純剛性還是部分柔性尾鰭，其推力都隨擺動(dòng)幅度及頻率的增加而增加；而在效率方面，小擺幅擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)要優(yōu)于大擺幅運(yùn)動(dòng)；剛?cè)峤Y(jié)合尾鰭無(wú)論在推力還是效率方面都要優(yōu)于剛性尾鰭。流場(chǎng)顯示表明剛性尾鰭尾跡中為雙列渦結(jié)構(gòu)，而柔性尾鰭尾跡為單列渦結(jié)構(gòu)，這可能是導(dǎo)致兩者效率差距的原因。
　　 為了克服單尾

4、鰭擺動(dòng)推進(jìn)不可避免的本體晃動(dòng)，本文設(shè)計(jì)了并排雙尾鰭模型，通過(guò)對(duì)稱反相運(yùn)動(dòng)來(lái)抵消側(cè)向力，以確保UUV航行的穩(wěn)定。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)有效消除了側(cè)向晃動(dòng)。進(jìn)一步測(cè)試發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)，剛性尾鰭并排組合后效率及推力都出現(xiàn)了下降，但剛?cè)峤Y(jié)合尾鰭效率和推力均得到了提升。流場(chǎng)顯示結(jié)果結(jié)合文獻(xiàn)分析可以得到，剛性雙尾鰭尾跡對(duì)渦結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，位于中間的對(duì)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?cè)峤Y(jié)合雙尾鰭作為主推進(jìn)器，并在