基于CFD的鰩魚水動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著探索海洋、利用海洋資源的呼聲越來越高，水動(dòng)力學(xué)性能更加優(yōu)秀的水下推進(jìn)器的研究熱潮也隨之而來。仿魚機(jī)器人因?yàn)槠浞律鷮?duì)象所具有的優(yōu)越性能，更是成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。然而，目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于仿魚機(jī)器人機(jī)動(dòng)性方面的研究較少，導(dǎo)致其難以適用于較復(fù)雜空間和工況的水下作業(yè)。針對(duì)這個(gè)問題，本文以具有良好機(jī)動(dòng)性的鰩魚為仿生原型，對(duì)仿鰩魚水下推進(jìn)器自主游動(dòng)時(shí)的水動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了仿真研究。
　　根據(jù)鰩魚的生物學(xué)特征，本文建立了仿鰩魚水下推進(jìn)器的物理模

2、型，再結(jié)合國內(nèi)外已有研究成果提出了它的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并通過 MATLAB軟件仿真胸鰭的運(yùn)動(dòng)，證明了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的正確性。接下來本文以剛體動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，提出了仿鰩魚水下推進(jìn)器的動(dòng)力學(xué)方程，并針對(duì)該方程中的相關(guān)參數(shù)提出了相應(yīng)的算法，獲得了完整的動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，本文利用FLUENT軟件編程仿真實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)器在流場(chǎng)中的穩(wěn)定自主游動(dòng)，初步分析了其在時(shí)間域中的水動(dòng)力學(xué)性能，并與已有研究成果對(duì)比，證明了模型的正確性和仿真的可靠性。
　　以

3、此為基礎(chǔ)，本文對(duì)鰩魚的三種基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)——胸鰭波動(dòng)頻率、波數(shù)、振幅進(jìn)行了分析，并結(jié)合本文提出的振幅控制因子的概念，利用控制變量法分別對(duì)它們進(jìn)行了研究，分析了不同參數(shù)條件下鰩魚的水動(dòng)力學(xué)性能，初步獲得了仿鰩魚水下推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)參數(shù)選擇規(guī)律。同時(shí)，通過對(duì)鰩魚穩(wěn)定自主游動(dòng)時(shí)魚體表面和附近流場(chǎng)的壓力分布的研究，初步分析了鰩魚的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。
　　在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)鰩魚的胸鰭波動(dòng)頻率進(jìn)行了深入研究。根據(jù)本文給出的控制算法，在一個(gè)波動(dòng)周期內(nèi)，為鰩魚