波狀游動(dòng)物體的推進(jìn).pdf

1、水生動(dòng)物具有高效率的游動(dòng)特性，蘊(yùn)涵了豐富的流體力學(xué)現(xiàn)象。對(duì)水生動(dòng)物高效游動(dòng)的研究，可加深對(duì)相關(guān)自然現(xiàn)象及其內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為研制新一代的水下航行器提供啟示。波狀擺動(dòng)是水生動(dòng)物普遍采用的一種推進(jìn)方式。本文基于無(wú)粘勢(shì)流理論的面元法計(jì)算了幾種波狀游動(dòng)物體的推進(jìn)性能，并采用逐步二次規(guī)劃方法對(duì)物體的擺動(dòng)方式進(jìn)行了優(yōu)化。具體的工作和結(jié)論分述如下：
　　 (1)基于線化渦格法求解波動(dòng)板的推進(jìn)性能，發(fā)展了一套對(duì)擺動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化的方法。該方法

2、增加擺動(dòng)幅值約束以消除優(yōu)化問(wèn)題存在的奇性，采用逐步二次規(guī)劃方法以避免傳統(tǒng)Lagrange乘子法可能得到的鞍點(diǎn)。采用該方法，對(duì)波動(dòng)板的擺動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，最優(yōu)解都在幅值約束邊界上獲得；在前緣吸力最小值對(duì)應(yīng)的頻率附近，效率較大；當(dāng)波數(shù)增加，該頻率區(qū)域內(nèi)極大效率增長(zhǎng)較為明顯，同時(shí)前緣吸力相應(yīng)減小，使得前緣分離的風(fēng)險(xiǎn)減弱；0次冪和2次冪組合運(yùn)動(dòng)(OP02)的極大效率同0次冪和1次冪組合運(yùn)動(dòng)(OP01)的極大效率相近，兩項(xiàng)組合運(yùn)動(dòng)的極大效

3、率要小于三項(xiàng)（OP012）組合運(yùn)動(dòng)的極大效率；波數(shù)的增加，三維效應(yīng)減弱，展弦比對(duì)力能參量的影響減弱。
　　 (2)基于點(diǎn)渦的非線性面元法求解二維大振幅波動(dòng)板推進(jìn)性能，并利用上述方法對(duì)波動(dòng)板擺動(dòng)方式進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，當(dāng)幅值減小、頻率減小或者波數(shù)增加時(shí)，非線性波動(dòng)板結(jié)果同線化波動(dòng)板結(jié)果接近，最優(yōu)解在約束的邊界上獲得；幅值較大且頻率較大時(shí)，非線性波動(dòng)板解遠(yuǎn)離線化解，最優(yōu)解在幅值約束的邊界內(nèi)；極大效率隨著頻率的增加而減小，隨著波數(shù)的增