發(fā)布時(shí)間：2023-01-28 08:48

　　自然界上億年的進(jìn)化讓許多水生動(dòng)物擁著十分優(yōu)異的水下甚至跨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能力。與人類(lèi)所創(chuàng)造的運(yùn)載工具相比,這些動(dòng)物往往具有更高的機(jī)動(dòng)性、更優(yōu)異的水、空氣動(dòng)力學(xué)性能。因此,通過(guò)深入研究和探索自然界中魚(yú)類(lèi)的軀體結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)功能及原理,可以讓我們有效的提升人造運(yùn)載工具的性能。本文以自然界中的飛魚(yú)為仿生原型,設(shè)計(jì)了一款可實(shí)現(xiàn)胸鰭折疊展開(kāi)、軀體后半段偏折以及尾鰭高頻拍動(dòng)的仿飛魚(yú)機(jī)器魚(yú)。本文設(shè)計(jì)了機(jī)器魚(yú)的仿生結(jié)構(gòu)模型,并利用3D打印技術(shù)制作出機(jī)器魚(yú)的所有非標(biāo)零部件。機(jī)器魚(yú)體長(zhǎng)約45cm（軀體,加尾巴60cm）,重890g,其中胸鰭的折疊展開(kāi)、軀體后半段的偏折均采用伺服電機(jī)進(jìn)行控制;尾鰭的高頻拍動(dòng)通過(guò)高速電機(jī)實(shí)現(xiàn),其中利用減速齒輪以及曲柄連桿機(jī)構(gòu),將高速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為可控而有效的高頻拍動(dòng)。本文制作出一個(gè)可以完全自主游進(jìn)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),并以此為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用懸臂水池、小型拖曳水池、高速相機(jī)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行機(jī)器魚(yú)水面實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)改變尾鰭的外形、尾鰭材料以及尾鰭浸入水中深度,來(lái)研究機(jī)器魚(yú)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的尾鰭拍動(dòng)頻率與游進(jìn)速度的關(guān)系,進(jìn)而得出與該機(jī)器魚(yú)推進(jìn)性能相關(guān)的結(jié)論。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,機(jī)器魚(yú)的尾鰭擺動(dòng)頻率和... 

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 仿生機(jī)器魚(yú)研究意義
    1.3 仿生機(jī)器魚(yú)研究現(xiàn)狀
    1.4 本論文研究目標(biāo)及主要內(nèi)容
        1.4.1 研究目標(biāo)
        1.4.2 主要內(nèi)容
第2章 仿飛魚(yú)機(jī)器魚(yú)的設(shè)計(jì)和原型樣機(jī)的研制
    2.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    2.2 3D打印技術(shù)介紹
    2.3 仿飛魚(yú)機(jī)器魚(yú)的整體設(shè)計(jì)
        2.3.1 機(jī)器魚(yú)前段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.2 機(jī)器魚(yú)連接段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.3 機(jī)器魚(yú)后段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.4 機(jī)器魚(yú)尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.5 機(jī)器魚(yú)密封設(shè)計(jì)
    2.4 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)及注意事項(xiàng)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 仿飛魚(yú)機(jī)器魚(yú)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和方法
    3.1 懸臂水池
    3.2 小型拖曳水池
    3.3 本章小結(jié)
第4章 仿飛魚(yú)機(jī)器魚(yú)的推進(jìn)性能實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 剛性鋁合金尾鰭實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.1.1 空載下尾鰭的拍動(dòng)頻率
        4.1.2 不同浸入深度下尾鰭的拍動(dòng)頻率
        4.1.3 不同浸入深度下尾鰭的拍動(dòng)頻率和機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度
        4.1.4 不同大小尾鰭的拍動(dòng)頻率和機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度
    4.2 柔性尼龍尾鰭實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.2.1 空載下尾鰭的拍動(dòng)頻率
        4.2.2 不同浸入深度下尾鰭的拍動(dòng)頻率
        4.2.3 不同浸入深度下尾鰭的拍動(dòng)頻率和機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度
        4.2.4 不同大小尾鰭的拍動(dòng)頻率和機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度
    4.3 不同材料尾鰭實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較
        4.3.1 相同工況下尼龍中尾和鋁合金中尾的拍動(dòng)頻率
        4.3.2 相同工況下尾鰭的拍動(dòng)頻率和機(jī)器魚(yú)的游動(dòng)速度
    4.4 實(shí)驗(yàn)誤差分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 仿飛魚(yú)機(jī)器魚(yú)的數(shù)值模擬研究
    5.1 物理模型與數(shù)值方法
        5.1.1 物理模型
        5.1.2 數(shù)值方法
    5.2 計(jì)算結(jié)果
    5.3 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3732442