仿金槍魚擺動尾鰭的水動力性能與推進機理研究.pdf

1、金槍魚、海豚、鯊魚等水中生物游動時具有高效、高速、低噪聲等特點，將它們游動時所采用的推進方式應用到水下航行器中的研究工作，對于提高水下航行器的運動、隱身性能有著十分重要的意義。因此，本文以探尋尾鰭擺動時產生的尾渦結構特點為目的，采用計算流體力學的方法，研究了仿金槍魚擺動尾鰭的水動力性能與推進機理。
　　 論文中，首先計算了二維、三維水翼的定常水動力性能，探討了網格結構、計算參數等對水翼的流體動力性能計算結果的影響，并進行了對應的

2、流場結構顯示。然后進行了二維剛性、柔性擺動水翼水動力性能的數值計算和推進機理研究，從中發(fā)現(xiàn)擺動水翼的尾渦系的演變過程與擺動水翼所產生的水動力脈動之間的關系。
　　 其次，數值計算了金槍魚的月牙形尾鰭水動力性能，研究了尾鰭擺動時的尾渦結構形式和推進機理，并分析了仿魚尾鰭推進系統(tǒng)實驗裝置的水動力性能。文中將尾鰭的運動處理為在橫移和擺動的耦合運動的同時，以某一勻速前進。計算中采用了將計算域分為流動的核心區(qū)域與非核心區(qū)域的網格劃分方法，

3、確定了尾鰭尾流場核心區(qū)域的網格尺寸應是尾鰭特征弦長的1/20-1/30；在動邊界的處理上運用了以“彈簧變形”為主的動網格技術，并在并行計算柔性尾鰭水動力性能時，采取了兩種方法消除分區(qū)造成的表面網格點的錯誤運動。同時采用基于雷諾時均納維爾-斯托克斯方程的粘性流求解方法，找到了剛性與柔性尾鰭一個運動周期內水動力脈動與尾渦脫落之間的對應關系，分析了前進速度、橫移與擺動幅度、頻率以及柔性變形幅度對推進性能的影響，并比較了隨著擺動頻率的變化，相同

4、輸入功率系數下剛性與柔性尾鰭水動力性能的不同之處。
　　 最后，以哈爾濱工程大學的仿生水下航行器“仿生-I”為對象，以實驗觀測魚類游動特點為參考依據，建立了仿金槍魚水下航行器的計算模型。同時，計算了仿金槍魚水下航行器勻速直線游動時的水動力性能，比較了擺動尾鰭在有軀體影響與無軀體影響下的輸入、輸出功率系數和推進效率。數值模擬了魚體表面壓力分布、周圍流場結構和對應的尾流變化：以及軀干的扭曲與尾鰭的擺動產生的尾渦相互作用對水動力性能的