波狀游動物體的推進.pdf

1、水生動物具有高效率的游動特性，蘊涵了豐富的流體力學現象。對水生動物高效游動的研究，可加深對相關自然現象及其內在規(guī)律的認識，同時為研制新一代的水下航行器提供啟示。波狀擺動是水生動物普遍采用的一種推進方式。本文基于無粘勢流理論的面元法計算了幾種波狀游動物體的推進性能，并采用逐步二次規(guī)劃方法對物體的擺動方式進行了優(yōu)化。具體的工作和結論分述如下：
　　 (1)基于線化渦格法求解波動板的推進性能，發(fā)展了一套對擺動方式進行優(yōu)化的方法。該方法

2、增加擺動幅值約束以消除優(yōu)化問題存在的奇性，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。采用該方法，對波動板的擺動方式進行優(yōu)化。結果表明，最優(yōu)解都在幅值約束邊界上獲得；在前緣吸力最小值對應的頻率附近，效率較大；當波數增加，該頻率區(qū)域內極大效率增長較為明顯，同時前緣吸力相應減小，使得前緣分離的風險減弱；0次冪和2次冪組合運動(OP02)的極大效率同0次冪和1次冪組合運動(OP01)的極大效率相近，兩項組合運動的極大效

3、率要小于三項（OP012）組合運動的極大效率；波數的增加，三維效應減弱，展弦比對力能參量的影響減弱。
　　 (2)基于點渦的非線性面元法求解二維大振幅波動板推進性能，并利用上述方法對波動板擺動方式進行優(yōu)化。結果表明，當幅值減小、頻率減小或者波數增加時，非線性波動板結果同線化波動板結果接近，最優(yōu)解在約束的邊界上獲得；幅值較大且頻率較大時，非線性波動板解遠離線化解，最優(yōu)解在幅值約束的邊界內；極大效率隨著頻率的增加而減小，隨著波數的增