仿生水翼推進(jìn)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、海洋空間蘊(yùn)含的豐富資源使人們對(duì)海洋的開(kāi)發(fā)不斷加大技術(shù)投入，各種復(fù)雜的工程應(yīng)用和水下環(huán)境對(duì)水下航器的推進(jìn)性能要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)存在著效率低，機(jī)動(dòng)性能差，效率低和噪聲大等缺點(diǎn)，極大地限制了其在狹窄、復(fù)雜和動(dòng)態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用。為了克服上述缺陷，適應(yīng)未來(lái)海洋開(kāi)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(jìn)方式。海洋生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年進(jìn)化，獲得了非凡的水下運(yùn)動(dòng)性能，因此仿生推進(jìn)成為水下推進(jìn)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。游動(dòng)生物鰭或翼的拍動(dòng)形式有對(duì)稱(chēng)和非

2、對(duì)稱(chēng)兩種，其中對(duì)稱(chēng)拍動(dòng)的推進(jìn)效率相對(duì)非對(duì)稱(chēng)拍動(dòng)較高，非對(duì)稱(chēng)拍動(dòng)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(dòng)水翼只有橫向運(yùn)動(dòng)是自由的，這樣，運(yùn)動(dòng)自由度減少，工程實(shí)現(xiàn)比較容易，然而，這種約束使得仿生樣機(jī)不能準(zhǔn)確反映觀測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)。
　　本文針對(duì)仿生水翼的拍動(dòng)問(wèn)題，采取流體計(jì)算仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)量相結(jié)合的方法，首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，在原有兩自由度的基礎(chǔ)上研究三自由度的非對(duì)稱(chēng)拍動(dòng)?；谌S非定常，不可壓縮流體控制方程，用商業(yè)軟

3、件 Fluent對(duì)仿生水翼在流場(chǎng)中的拍動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到水翼拍動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的推力、升力和轉(zhuǎn)矩，并分析水翼拍動(dòng)過(guò)程的流場(chǎng)，解釋仿生水翼推進(jìn)機(jī)理，證明了不同拍動(dòng)形式在獲取大的推進(jìn)力和高的推進(jìn)效率之間存在平衡而又矛盾的關(guān)系。然后分析了水翼運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)水翼拍動(dòng)的影響規(guī)律，采用曲面響應(yīng)法（Response SurfaceMethodology, RSM），研究多個(gè)參數(shù)對(duì)推進(jìn)效率的綜合影響，并得到一個(gè)多項(xiàng)式預(yù)測(cè)模型，為將來(lái)設(shè)計(jì)仿生推進(jìn)器的研究提