柔性尾鰭的水動(dòng)力分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文針對現(xiàn)有船用螺旋槳/泵噴等常規(guī)推進(jìn)器存在噪音大/淺水中船舶推進(jìn)效率不高以及尾跡明顯等缺點(diǎn)，提出一種新型仿生推進(jìn)裝置—仿魚尾柔性尾鰭推進(jìn)裝置，并據(jù)此展開了對單翼板柔性尾鰭和雙翼板柔性尾鰭模型的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，本文工作屬于魚類生物流體力學(xué)/機(jī)械學(xué)/材料學(xué)和控制技術(shù)等多學(xué)科交叉的一個(gè)新興研究領(lǐng)域。 本文工作的目的是：分析翼板柔性尾鰭模型的水動(dòng)力推進(jìn)性能，希望可以為水下潛器等實(shí)施一種新型推進(jìn)方式提供一定的理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。文中先通過對

2、單翼板柔性尾鰭波狀運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)分析，找出了各個(gè)運(yùn)動(dòng)因素以及結(jié)構(gòu)因素對推進(jìn)性能的影響，然后進(jìn)一步通過對雙翼板的水動(dòng)力計(jì)算找出翼板拱度形狀等因素在推進(jìn)中所起作用；全文采用面元(渦格)法來分析和求解作用在水翼上的水動(dòng)力系數(shù)，在模型處理上作者作了一定的改進(jìn)。 本文的主要工作是：1/對現(xiàn)有的水下推進(jìn)方式現(xiàn)狀/優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行了回顧和分析，結(jié)合仿生學(xué)原理，論證了采用尾鰭式推進(jìn)的優(yōu)越性，并介紹了當(dāng)前國內(nèi)外對該領(lǐng)域的研究概況；2/介紹水動(dòng)力

3、計(jì)算中常用的理論方法，并重點(diǎn)介紹了本文中數(shù)值分析所采用的方法-渦環(huán)柵格法（VLM）,為后續(xù)的理論分析與計(jì)算工作作準(zhǔn)備；3/在繼承國內(nèi)外學(xué)者對魚類游動(dòng)機(jī)理研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合船舶結(jié)構(gòu)與船型的實(shí)際應(yīng)用要求，提出單翼板柔性尾鰭模型，通過對單翼板柔性尾鰭的水動(dòng)力計(jì)算及其模型裝置的水池實(shí)驗(yàn)，初步分析得出擺推式水翼水下的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，分析中作者采用了自己提出的非線性性尾渦面假定，并分別對不同頻率/不同來流速度/不同的擺幅等工況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，找出了各

4、個(gè)運(yùn)動(dòng)因素和結(jié)構(gòu)因素等對水動(dòng)力推進(jìn)性能的影響關(guān)系；4/更進(jìn)一步，提出雙翼板柔性尾鰭模型，并進(jìn)行了雙翼板（局部柔性）柔性尾鰭的水動(dòng)力理論計(jì)算分析，提出了雙翼板柔性尾鰭裝置的機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，給出了相關(guān)計(jì)算結(jié)果，該部分重點(diǎn)研究雙翼板的拱度變化對水動(dòng)力推進(jìn)性能的影響，目的是希望找水動(dòng)力性能最優(yōu)的拱度變化規(guī)律，為以后的多翼板柔性尾鰭模型的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化/拱度變化規(guī)律設(shè)計(jì)等提供計(jì)算依據(jù)和參考，并為真正的仿生柔性尾鰭推進(jìn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供理論依