仿生水翼推進的數(shù)值模擬和實驗研究.pdf

1、海洋空間蘊含的豐富資源使人們對海洋的開發(fā)不斷加大技術投入，各種復雜的工程應用和水下環(huán)境對水下航器的推進性能要求越來越高。傳統(tǒng)的螺旋槳推進存在著效率低，機動性能差，效率低和噪聲大等缺點，極大地限制了其在狹窄、復雜和動態(tài)環(huán)境中的應用。為了克服上述缺陷，適應未來海洋開發(fā)與探索的需求，有必要尋找更加優(yōu)良的新型水下推進方式。海洋生物經過億萬年進化，獲得了非凡的水下運動性能，因此仿生推進成為水下推進技術的研究熱點。游動生物鰭或翼的拍動形式有對稱和非

2、對稱兩種，其中對稱拍動的推進效率相對非對稱拍動較高，非對稱拍動在一定條件下可能獲得較大的推力或者升力。大多數(shù)工程研究里面，拍動水翼只有橫向運動是自由的，這樣，運動自由度減少，工程實現(xiàn)比較容易，然而，這種約束使得仿生樣機不能準確反映觀測對象的運動。
　　本文針對仿生水翼的拍動問題，采取流體計算仿真和實驗測量相結合的方法，首先進行運動學建模，在原有兩自由度的基礎上研究三自由度的非對稱拍動?；谌S非定常，不可壓縮流體控制方程，用商業(yè)軟

3、件 Fluent對仿生水翼在流場中的拍動問題進行數(shù)值計算，得到水翼拍動過程中產生的推力、升力和轉矩，并分析水翼拍動過程的流場，解釋仿生水翼推進機理，證明了不同拍動形式在獲取大的推進力和高的推進效率之間存在平衡而又矛盾的關系。然后分析了水翼運動參數(shù)對水翼拍動的影響規(guī)律，采用曲面響應法（Response SurfaceMethodology, RSM），研究多個參數(shù)對推進效率的綜合影響，并得到一個多項式預測模型，為將來設計仿生推進器的研究提