單關(guān)節(jié)仿魚推進器效率的實驗研究.pdf

1、無人水下航行器(UnmannedUnderwaterVehicle，UUV)目前是世界各國關(guān)注的一個焦點，它的出現(xiàn)彌補了淺海等潛艇無法到達的水域空白，在水下搜救、水下資源探測以及軍事方面都有重要的應(yīng)用。但目前傳統(tǒng)的UUV在續(xù)航能力、機動性和隱身性等方面并不能滿足復(fù)雜條件下的需求，而從魚類和其他水下哺乳動物（如海豚等）高超的游動能力尋找靈感，發(fā)展仿生技術(shù)研制新型UUV已成最具吸引力的方案。本文即從魚類尾鰭推進機理、效率研究著手，設(shè)計仿生推

2、進器，并研制了一種高效、高機動組合仿生UUV。
　　 本文首先建立了一套可以實現(xiàn)單自由度擺動的運動系統(tǒng)以及相配套的仿生推進推力和效率的測量平臺，實驗在循環(huán)式水洞中進行。運動系統(tǒng)基于LabVIEW軟件編程自動控制，并通過位置傳感器反饋校準。通過對電機轉(zhuǎn)動角速度、轉(zhuǎn)動扭矩、模型推力、來流速度等的測量，獲得各種條件下仿生推進器的推力和效率。同時還建立了流場顯示系統(tǒng)，初步分析魚類尾鰭推進的機理。
　　 設(shè)計了不同尾鰭進行測試，包

3、括剛性尾鰭用于模擬魨科運動模式，而剛性和柔性結(jié)合的尾鰭設(shè)計可以實現(xiàn)單自由度運動模擬鰭科或亞鲹科模式以及金槍魚模式。測量結(jié)果表明，在實驗參數(shù)范圍內(nèi)，無論是純剛性還是部分柔性尾鰭，其推力都隨擺動幅度及頻率的增加而增加；而在效率方面，小擺幅擺動運動要優(yōu)于大擺幅運動；剛?cè)峤Y(jié)合尾鰭無論在推力還是效率方面都要優(yōu)于剛性尾鰭。流場顯示表明剛性尾鰭尾跡中為雙列渦結(jié)構(gòu)，而柔性尾鰭尾跡為單列渦結(jié)構(gòu)，這可能是導(dǎo)致兩者效率差距的原因。
　　 為了克服單尾

4、鰭擺動推進不可避免的本體晃動，本文設(shè)計了并排雙尾鰭模型，通過對稱反相運動來抵消側(cè)向力，以確保UUV航行的穩(wěn)定。結(jié)果表明，該設(shè)計有效消除了側(cè)向晃動。進一步測試發(fā)現(xiàn)在實驗參數(shù)范圍內(nèi)，剛性尾鰭并排組合后效率及推力都出現(xiàn)了下降，但剛?cè)峤Y(jié)合尾鰭效率和推力均得到了提升。流場顯示結(jié)果結(jié)合文獻分析可以得到，剛性雙尾鰭尾跡對渦結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，位于中間的對渦與流速方向垂直，從而降低了效率。
　　 最后，使用并行排列的剛?cè)峤Y(jié)合雙尾鰭作為主推進器，并在