斑馬魚非定常游動和群游的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、對魚類游動機(jī)理的研究有著重要的意義和必要性，首先問題本身就蘊(yùn)含著豐富的尚未揭開的力學(xué)機(jī)理，此領(lǐng)域的研究成果可以指導(dǎo)新型高性能水下航行器的開發(fā)和研制。魚類絕大多數(shù)都采用波浪狀擺動作為主要的推進(jìn)模式，對這類游動現(xiàn)象的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)研究在該領(lǐng)域占有重要而基礎(chǔ)的位置。另一方面，隨著研究手段的豐富和精確，越來越多的研究工作更多地關(guān)注到魚類多種游動形式的區(qū)別、魚體各部位乃至魚群之間相互作用，以及魚類為適應(yīng)周圍流場而采取的特定游動模式及對周圍流體的主

2、動控制等方面。作為活躍的交叉學(xué)科研究領(lǐng)域，隨著對魚類游動問題的深入研究，也促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科，如生物學(xué)、材料學(xué)、控制論等的發(fā)展。
　　 本文著眼于斑馬魚這種常見的小型熱帶淡水魚種，采用試驗(yàn)和理論相結(jié)合的辦法，輔以數(shù)值模擬的手段，對其快速起動、擺尾-滑行游動模式、魚群的游動和幼魚的游動做了相應(yīng)的研究，主要工作如下:
　　 1、應(yīng)用高速攝影儀記錄斑馬魚S型快速起動的視頻數(shù)據(jù)，并以此對斑馬魚的S型快速起動進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。

3、利用改進(jìn)的大振幅細(xì)長體模型，進(jìn)行了對斑馬魚S形快速起動的動力學(xué)分析。計(jì)算了斑馬魚在S形快速起動過程中受到的力和力矩;系統(tǒng)分析了斑馬魚的動力學(xué)特征和魚類S形快速起動中不同階段的主要影響因素;從力學(xué)角度解釋了魚類S形起動過程中的行為特征。
　　 2、運(yùn)用二維TRPIV技術(shù)，對斑馬魚在擺尾-滑行和拐彎兩種運(yùn)動形態(tài)下的流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，與錦鯉同類游動產(chǎn)生的流場進(jìn)行了對比并探討了二者流場差異產(chǎn)生的原因;另外還對這兩種游動形態(tài)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)

4、和動力學(xué)分析。在對斑馬魚的擺尾-滑行游動的研究中，比較了單擺尾模式和多擺尾模式兩種模式下流場的差異，計(jì)算了擺尾階段與滑行階段的阻力系數(shù)之比和平均推進(jìn)力，并且得出斑馬魚采用擺尾-滑行游動能比采用持續(xù)擺尾的巡游游動節(jié)約35％的能量。在對斑馬魚拐彎的研究中，發(fā)現(xiàn)斑馬魚在拐彎過程中會通過控制射流方向使得沖量矩最大化從而提高轉(zhuǎn)彎效率。
　　 3、設(shè)計(jì)和制作了利用運(yùn)動光柵誘導(dǎo)斑馬魚游動的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)分析了誘導(dǎo)斑馬魚游動的因素，同時對斑馬魚