仿生波动推进水下机器人水动力计算与实验研究
  • 【摘要】

    仿生波动鳍推进器是仿生学在水下机器人领域的典型应用,对于探索高机动、低噪音、高效率的新型水下航行器具有非常重要的参考价值。本文采用计算与实验相结合的方法,围绕仿生波动鳍的推进性能和仿生波动推进水下机器人的水动力学行为特性开展研究,主要研究内容包括:
       (1)构建了仿生波动鳍水动力学分析的CFD计算平台。分析了水下机器人动态行为与流体之间的复杂耦合作用,建立了基座固定CFD计算模型、刚体... 展开>>
    仿生波动鳍推进器是仿生学在水下机器人领域的典型应用,对于探索高机动、低噪音、高效率的新型水下航行器具有非常重要的参考价值。本文采用计算与实验相结合的方法,围绕仿生波动鳍的推进性能和仿生波动推进水下机器人的水动力学行为特性开展研究,主要研究内容包括:
       (1)构建了仿生波动鳍水动力学分析的CFD计算平台。分析了水下机器人动态行为与流体之间的复杂耦合作用,建立了基座固定CFD计算模型、刚体运动CFD计算模型以及运动耦合CFD计算模型,为波动鳍推进特性分析以及水下机器人水动力学行为研究奠定基础。
       (2)采用CFD动网格计算方法,分析了仿生波动鳍二维、三维水动力特性,揭示了仿生波动推进的流场特征。在仿生波动鳍二维水动力研究中,分析了波长、波频、波幅、来流速度等因素对波动推进力的影响,采用统计方法建立了仿生波动推进力的数学模型。仿生波动鳍三维CFD分析中,研究了波长、波频等参数对水动力的影响,揭示了仿生波动推进具有双向推进机制、非定常流场特性、推力周期特性和显著的三维涡结构,通过与既有实验数据的比较,验证了仿生波动鳍CFD分析结果的可信性。
       (3)研究了仿生双波动鳍水下机器人的动态行为特性,并进行相应的实验验证。根据仿生波动鳍水动力特性的研究结果,设计了仿生双波动鳍水下机器人的前进、原地转向和前进中转向等典型运动模式,采用耦合CFD计算模型,对所设计的运动模式进行了数值计算,通过与原理样机的实验结果进行对比,验证了仿生双波动鳍水下机器人动态行为特性分析的正确性。
       上述研究工作为仿生水下机器人推进机理研究提供重要的计算平台支撑,对解决其它类型仿生水下机器人动态行为和流体之间的复杂耦合作用具有参考价值,为工程上研制灵活、高效的新型水下航行器提供指导。
    收起<<

  • 【作者】

    周晗 

  • 【学科专业】

    控制科学与工程

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    国防科学技术大学

  • 【导师姓名】

    沈林成

  • 【学位年度】

    2009

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    仿生波动推进%计算流体动力学%波动鳍%水下机器人%动态行为%建模技术