發(fā)布時間：2018-06-12 16:16

  本文選題：仿生機器魚 + 仿真優(yōu)化��； 參考：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：目前自主式水下航行器已廣泛應用于海洋各個領域之中,并取得了卓越成績。然而,由于其外形特點以及推進方式,在性能上仍然有很大的提升空間�；诖�,課題組將研制一款具有高推進效率、高機動性、長續(xù)航能力的仿生機器魚。本文將通過對仿生機器魚外形結(jié)構(gòu)進行仿真優(yōu)化的方式,重點研究其減阻方法并分析其減阻性能。首先針對目前的水下航行器現(xiàn)狀進行了綜述,并進一步闡述了本文主要的研究內(nèi)容即非光滑表面減阻的現(xiàn)狀以及各種方法的優(yōu)缺點,結(jié)合研制要求等因素,確定了溝槽結(jié)構(gòu)和隨行波結(jié)構(gòu)作為減阻結(jié)構(gòu)。其次分析了仿生魚體在航行期間的阻力情況,構(gòu)建了相應的數(shù)學模型,包括流體動力學中的控制方程和湍流模型,并按照研究內(nèi)容確定了處理相關方程的離散方法和求解方式。再次研究了仿生機器魚流線性設計對于減小壓差阻力的優(yōu)勢,并設計了溝槽結(jié)構(gòu)和隨行波結(jié)構(gòu),將其分別添加在魚首魚身魚尾三個部位上,仿真了溝槽結(jié)構(gòu)、隨行波結(jié)構(gòu)和光滑結(jié)構(gòu)在6m/s航速下的流場特性。并通過0.1m/s-10m/s的數(shù)據(jù)分析,在魚首和魚尾即徑向尺寸變化的部位選擇添加隨行波減阻結(jié)構(gòu),在魚身即徑向尺寸沒有變化或變化很小的部分選擇溝槽結(jié)構(gòu)。最后本文將不同的非光滑結(jié)構(gòu)組合應用到仿生機器魚表面,并分析對比了其與光滑表面仿生機器魚的流場特點,得到了在0.1m/s-10m/s速度范圍內(nèi)的減阻性能。除此之外,還分析了魚體處于柔性擺動狀態(tài)時的減阻性能。通過仿真結(jié)果的對比分析得出結(jié)論,溝槽和隨行波相組合的非光滑表面仿生機器魚具有良好的減阻性能。
[Abstract]:At present, autonomous underwater vehicle has been widely used in various areas of the ocean, and achieved outstanding results. However, due to its shape and propulsion, there is still a lot of room for improvement in performance. Based on this, we will develop a bionic robotic fish with high propulsion efficiency, high mobility and long endurance. In this paper, the method of drag reduction and the performance of bionic robot fish are studied by means of simulation and optimization. First of all, the current situation of underwater vehicle is summarized, and the main research content of this paper, namely, the current situation of non-smooth surface drag reduction, the advantages and disadvantages of various methods, combined with the development requirements and other factors, are described. The groove structure and the accompanying wave structure are determined as drag reduction structures. Secondly, the resistance of the bionic fish during navigation is analyzed, and the corresponding mathematical model, including the governing equation and turbulence model in hydrodynamics, is constructed, and the discretization method and solution method to deal with the related equations are determined according to the research contents. The advantages of linear design of bionic robot fish flow to reduce pressure differential resistance are studied again, and the groove structure and accompanying wave structure are designed, which are added to three parts of fish body respectively, and the groove structure is simulated. The flow field characteristics of a traveling wave structure and a smooth structure at 6m/s speed. According to the data analysis of 0.1m/s-10m/s, the drag reduction structure of accompanying wave is added to the fish head and fish tail, and the groove structure is selected in the fish body where the radial size is not changed or is very small. Finally, different non-smooth structure combinations are applied to the surface of the bionic robot fish, and the flow field characteristics of the bionic fish with the smooth surface are analyzed and compared, and the drag reduction performance in the range of 0.1m/s-10m/s velocity is obtained. In addition, the drag reduction performance of a fish in a flexible swing state is also analyzed. The comparison and analysis of simulation results show that the bionic robotic fish with non-smooth surface combined with grooves and accompanying waves has good drag reduction performance.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

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本文編號：2010277