本文關(guān)鍵詞：機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)模擬及其換能機(jī)制研究

  更多相關(guān)文章： 機(jī)器海豚 游動(dòng)性能 出水運(yùn)動(dòng) 換能機(jī)制

【摘要】：由于海豚具有游動(dòng)速度快、效率高且能躍出水面等超凡的運(yùn)動(dòng)能力,因而成為學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注的仿生對(duì)象。然而,目前海豚的出水運(yùn)動(dòng)機(jī)理尚未揭示清楚,因而制約著可實(shí)現(xiàn)較高出水能力的機(jī)器海豚的研制,同時(shí)現(xiàn)有仿生機(jī)器魚仍基本局限于水下游動(dòng),尚不具備較好出水運(yùn)動(dòng)的能力。因此,本文將開展機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)機(jī)理的動(dòng)力學(xué)模擬及其換能機(jī)制研究,為進(jìn)一步開發(fā)機(jī)器海豚提供理論依據(jù),以期拓展機(jī)器魚的運(yùn)動(dòng)空間。首先,通過分析機(jī)器海豚出水過程的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和受力情況,建立了機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型,同時(shí)考慮海豚與流體之間的相互作用,提出了機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值求解方法。其次,對(duì)金槍魚和海豚從形態(tài)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)方面進(jìn)行了全面的對(duì)比分析,并通過對(duì)金槍魚和海豚水下游動(dòng)的三維數(shù)值模擬,對(duì)比分析了金槍魚和海豚在不同條件下的水下游動(dòng)性能,得知海豚擁有更高的游動(dòng)效率。再次,利用提出的機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值求解方法,結(jié)合海豚出水的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)全過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,獲得了機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)全過程中的位移、速度、作用力以及外力矩的時(shí)間歷程變化規(guī)律以及不同時(shí)刻的相圖和壓力云圖,并探討了機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)性能與出水運(yùn)動(dòng)角度和擺動(dòng)頻率的關(guān)系,得知海豚出水運(yùn)動(dòng)高度隨著出水運(yùn)動(dòng)角度的增大而增大,隨著擺動(dòng)頻率的增大而增大。最后,通過建立海豚出水運(yùn)動(dòng)過程中的能量變化函數(shù),分析了機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)全過程中機(jī)器海豚的動(dòng)能、重力勢(shì)能以及獲得和消耗的總能量隨時(shí)間變化的情況,建立出水運(yùn)動(dòng)效率評(píng)價(jià)函數(shù),并通過分析比較得知,機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)效率隨著出水運(yùn)動(dòng)角度的增大而增大,隨著擺動(dòng)頻率的增大而增大。本文完成的機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)力學(xué)模擬和換能機(jī)制研究,拓寬了現(xiàn)有仿生推進(jìn)機(jī)理的研究領(lǐng)域,為現(xiàn)有機(jī)器魚進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)出水運(yùn)動(dòng)提供了理論可能。通過對(duì)本文研究工作的進(jìn)一步拓展和深入,將對(duì)今后開發(fā)可實(shí)現(xiàn)出水運(yùn)動(dòng)的其他水下運(yùn)載器和近水面武器系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)器海豚 游動(dòng)性能 出水運(yùn)動(dòng) 換能機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP242;TB17
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究的背景與意義9
• 1.2 魚類推進(jìn)模式的分類和特點(diǎn)9-10
• 1.3 數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3.1 仿生推進(jìn)數(shù)值模擬方面10-11
• 1.3.2 出水運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬方面11
• 1.4 仿生機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.4.1 仿生機(jī)器魚的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.4.2 仿生機(jī)器海豚的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值求解方法17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)建模17-19
• 2.2.1 坐標(biāo)系的定義17-18
• 2.2.2 機(jī)器海豚的動(dòng)力學(xué)方程18-19
• 2.3 計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值方法19-22
• 2.3.1 控制方程及其離散方法19-20
• 2.3.2 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)20-21
• 2.3.3 網(wǎng)格劃分與網(wǎng)格質(zhì)量控制21-22
• 2.3.4 初始條件和邊界條件22
• 2.4 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值求解方法與過程22-24
• 2.5 出水運(yùn)動(dòng)數(shù)值求解方法的驗(yàn)證24-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第三章 機(jī)器海豚等鮪科魚類水下游動(dòng)性能的對(duì)比28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 金槍魚與海豚形態(tài)學(xué)的對(duì)比28-29
• 3.3 金槍魚與海豚運(yùn)動(dòng)學(xué)的對(duì)比29-31
• 3.4 相同形態(tài)學(xué)、不同運(yùn)動(dòng)學(xué)下的水下游動(dòng)性能對(duì)比31-34
• 3.4.1 金槍魚在不同運(yùn)動(dòng)學(xué)條件下的水下游動(dòng)性能對(duì)比31-33
• 3.4.2 海豚在不同運(yùn)動(dòng)學(xué)條件下的水下游動(dòng)性能對(duì)比33-34
• 3.5 相同運(yùn)動(dòng)學(xué)、不同形態(tài)學(xué)下的水下游動(dòng)性能對(duì)比34-37
• 3.5.1 金槍魚和海豚在金槍魚運(yùn)動(dòng)學(xué)條件下的水下游動(dòng)性能對(duì)比34-35
• 3.5.2 金槍魚和海豚在海豚運(yùn)動(dòng)學(xué)條件下的水下游動(dòng)性能對(duì)比35-37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第四章 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬研究38-49
• 4.1 引言38
• 4.2 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模38-39
• 4.3 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的時(shí)間歷程分析39-46
• 4.3.1 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的位移分析39-40
• 4.3.2 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的作用力和速度分析40-42
• 4.3.3 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的外力矩分析42-43
• 4.3.4 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)全過程的相圖和壓力云圖分析43-46
• 4.4 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的規(guī)律46-48
• 4.4.1 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)角度對(duì)出水運(yùn)動(dòng)速度的影響46-47
• 4.4.2 機(jī)器海豚擺動(dòng)頻率對(duì)出水運(yùn)動(dòng)速度的影響47
• 4.4.3 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)角度和擺動(dòng)頻率對(duì)出水運(yùn)動(dòng)最大高度的影響47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第五章 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的換能機(jī)制研究49-57
• 5.1 引言49
• 5.2 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)過程中的能量變化函數(shù)49-51
• 5.2.1 機(jī)器海豚的動(dòng)能函數(shù)49
• 5.2.2 機(jī)器海豚的重力勢(shì)能函數(shù)49-51
• 5.2.3 機(jī)器海豚獲得的總能量函數(shù)51
• 5.2.4 機(jī)器海豚消耗的總能量函數(shù)51
• 5.3 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)過程中能量的時(shí)間歷程51-54
• 5.3.1 海豚動(dòng)能變化的時(shí)間歷程51-52
• 5.3.2 機(jī)器海豚重力勢(shì)能變化的時(shí)間歷程52-53
• 5.3.3 機(jī)器海豚獲得的總能量變化的時(shí)間歷程53-54
• 5.3.4 機(jī)器海豚消耗的總能量變化的時(shí)間歷程54
• 5.4 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)過程中的能量和效率規(guī)律54-56
• 5.4.1 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)的效率評(píng)價(jià)函數(shù)54
• 5.4.2 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)過程中消耗的最大總能量規(guī)律54-55
• 5.4.3 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)過程中獲得的最大總能量規(guī)律55-56
• 5.4.4 機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)過程中的出水運(yùn)動(dòng)效率規(guī)律56
• 5.5 本章小結(jié)56-57
• 第六章 總結(jié)與展望57-59
• 6.1 全文總結(jié)57-58
• 6.2 研究展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 作者簡(jiǎn)介63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文63

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王帥;劉濤;張文忠;;水下運(yùn)載器調(diào)節(jié)索抗流功能的數(shù)值計(jì)算與分析[J];船舶力學(xué);2012年07期

2 崔乃剛;白瑜亮;常亞武;王小剛;許江濤;;基于非線性動(dòng)態(tài)逆的水下運(yùn)載器控制方法研究[J];兵工學(xué)報(bào);2013年04期

3 白瑜亮;崔乃剛;呂世良;;水下運(yùn)載器縱向軌跡自適應(yīng)跟蹤控制[J];光學(xué)精密工程;2013年07期

4 連璉,顧云冠;海況對(duì)水下運(yùn)載器吊放回收的影響[J];海洋工程;1996年01期

5 Cheng Chin;Michael Lau;;復(fù)雜形體遠(yuǎn)程操控水下運(yùn)載器水動(dòng)力阻尼模型建模和檢驗(yàn)(英文)[J];Journal of Marine Science and Application;2012年02期

6 劉文;;水下運(yùn)載器控制器設(shè)計(jì)[J];機(jī)電技術(shù);2010年01期

7 連侖;吳忠;;基于控制力矩陀螺的水下運(yùn)載器動(dòng)力學(xué)與仿真[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

8 徐鋒;鄒早建;宋鑫;;基于支持向量機(jī)的水下運(yùn)載器平面操縱運(yùn)動(dòng)建模[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

9 白瑜亮;崔乃剛;郭繼峰;許江濤;;基于隱式增量動(dòng)態(tài)逆的水下運(yùn)載器出水姿態(tài)控制[J];兵工學(xué)報(bào);2013年07期

10 郭福濤;;潛射“飛魚”SM39近況綜述[J];飛航導(dǎo)彈;1987年01期

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 陳宇;Gavia:俄打造新一代“水下殺手”[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 牛峻峰;基于小波的某水下運(yùn)載器振動(dòng)信號(hào)的分析研究[D];中北大學(xué);2009年

2 李曉東;水下運(yùn)載器小范圍高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2016年

3 曹渝華;機(jī)器海豚出水運(yùn)動(dòng)模擬及其換能機(jī)制研究[D];東南大學(xué);2015年

4 佟曉霞;某水下運(yùn)載器機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的分析方法研究[D];中北大學(xué);2009年

5 張浩;水下運(yùn)載器參數(shù)辨識(shí)與控制方法研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

6 王帥;水下運(yùn)載器總體優(yōu)化與自平衡控制技術(shù)研究[D];中國(guó)艦船研究院;2012年

7 伍小明;水下運(yùn)載器運(yùn)動(dòng)跟蹤控制[D];福州大學(xué);2010年

8 張偉;一種小型水下運(yùn)載器控制技術(shù)研究[D];中國(guó)艦船研究院;2014年

9 胡海龍;無動(dòng)力水下運(yùn)載器的動(dòng)力學(xué)建模與仿真分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 張蕊;水下運(yùn)載器慣性測(cè)量數(shù)據(jù)解算及誤差分析[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

，

本文編號(hào)：1131609