魚體利用流場能量的推進行為及游動軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、目前，仿魚機器人已成為仿生學領(lǐng)域的一個研究熱點，相比其他的傳統(tǒng)水下推進器，其具有能源利用率高，推進速度快，適于長時間、大范圍、較復雜工況的水下作業(yè)等特點。仿魚機器人在海洋生物考察、海底勘探、救生以及軍事領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值。本課題依托機器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室自主研究課題“魚體利用流場能量的推進行為及新型仿魚機器人的研究”，開展了對鲹科模式魚類利用流場能量的推進行為和游動軌跡規(guī)劃研究。
　　本文從主動、被動兩個方面研究了魚體

2、如何利用卡門渦街流場的能量。通過分析流場參數(shù)和魚體運動參數(shù)之間的關(guān)系，確定了卡門渦街流場中影響魚體游動性能的5個主導參數(shù)，包括：來流速度，圓柱直徑，魚體與圓柱中心距離，魚體波波長和幅值。并從這5個參數(shù)入手，主動控制魚體在渦場中游動的方式，分析其對魚體利用卡門渦街流場能量行為的影響。提出了魚體自主游動的軌跡規(guī)劃算法，運用該算法證實了魚體可以通過被動的感受流場能量實現(xiàn)逆流前行這一現(xiàn)象。并且分析了卡門渦街流場中魚體處于圓柱后端不同位置時出現(xiàn)的

3、3種運動模式，從理論上解釋了出現(xiàn)不同運動模式的原因。
　　在魚體利用前魚尾跡流場能量的研究中，首先分析了魚體尾部幅值、波長、頻率和來流速度對尾渦分布的影響。提出了判斷了尾跡不同性質(zhì)渦街的斯特魯哈爾數(shù)標準。在雙魚游動中，通過改變波長、頻率、相位差、縱向距離以及橫向距離，分析這些參數(shù)對后魚游動性能的影響，并與單魚游動時魚體的游動性能相比較。對比結(jié)果表明，雙魚串列有利于流體阻力的減小，三角形陣列是魚類群游的最佳隊列方式。
　　本文