本文關鍵詞：仿生機器魚運動機理及水動力性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：魚類在運動過程中具有高速、高效和低噪聲的特點,這些特性對于仿生水下機器人研究很有幫助,如果將其推進和操縱機理用于水下機器人,替代傳統(tǒng)的推進器系統(tǒng),對于解決目前水下機器人高耗能、大噪聲、低效率的缺陷有著十分重要的意義,近年來一直受到廣泛關注。本文采用Fluent軟件先進的流體分析技術及強大的后處理系統(tǒng),對仿生機器魚運動機理及三維模型的流場進行了數(shù)值研究。首先,進行了定常流狀態(tài)下二維尾鰭的水動力性能及其相關流場特性的研究,探討了網(wǎng)格結構、計算參數(shù)等對水翼流體動力性能分析結果的影響,采用對應流場結構顯示模式,并選取適合的計算模式與求解參數(shù)的方法確定翼型。然后,本文還進行了魚類快速起動運動學的基礎研究�？焖倨饎邮且环N瞬態(tài)非定常游動,按照起動過程中魚體的彎曲形狀,分為S形起動和C形起動,并分別建立了仿生機器魚S形和C形起動的運動學模型,對主動和被動S形起動、C形起動的魚體體干曲線波分別進行了仿真計算和分析,并建立了魚體快速起動的動力學模型。在此基礎上,對仿生機器魚主動、被動S形起動和C形起動運動方式的游動位移、游速及流場的壓力分布進行了仿真計算,分別研究了兩種快速起動運動方式的運動特性及區(qū)別。最后,以金槍魚為仿生對象,依據(jù)金槍魚的體型特征,建立了仿生機器魚三維模型,利用Fluent流場分析軟件對定常正向來流情況下金槍魚魚體受力進行了數(shù)值計算,在對計算結果分析的基礎上,獲得了本模型在特定流場下壓力分布情況以及魚體所受阻力情況。本文采用理論分析和仿真計算相結合的研究方法,研究分析了仿生機器魚的運動機理和水動力特性,仿真結果與自然界魚類的運動特征規(guī)律基本吻合,為水下仿生機器魚的研制提供了理論基礎,為仿生機器魚的優(yōu)化設計提供了依據(jù)。
【關鍵詞】：仿生機器魚 Fluent 尾鰭 快速起動 水動力
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 仿生機器魚國內外研究概況11-15
• 1.2.1 國外發(fā)展概況11-13
• 1.2.2 國內發(fā)展概況13-15
• 1.3 研究內容及方法15-16
• 1.3.1 研究內容15
• 1.3.2 研究方法15-16
• 2 仿生機器魚相關基礎知識概述16-25
• 2.1 仿生機器魚基本概念16-18
• 2.1.1 魚類游動方式分類16-17
• 2.1.2 湽科加新月形尾鰭推進機理17
• 2.1.3 仿生機器魚的特點17-18
• 2.2 魚體運動分析18-19
• 2.3 尾鰭運動分析19-21
• 2.3.1 不同魚類尾鰭的形狀19
• 2.3.2 尾鰭運動19-21
• 2.3.3 影響尾鰭運動的參數(shù)21
• 2.4 魚類運動力學分析21-24
• 2.4.1 推進力分析21-23
• 2.4.2 阻力分析23-24
• 2.5 本章小結24-25
• 3 二維尾鰭定常水動力性能計算25-38
• 3.1 流場中尾鰭水動力特性25-27
• 3.1.1 升力特性分析25-26
• 3.1.2 阻力特性分析26
• 3.1.3 俯仰力矩分析26-27
• 3.2 數(shù)值計算27-33
• 3.2.1 計算流體動力學的基本理論和數(shù)值計算方法27-28
• 3.2.2 FLUENT軟件介紹28-29
• 3.2.3 控制方程與湍流模型29-31
• 3.2.4 二維流場的網(wǎng)格生成31-32
• 3.2.5 邊界條件的設定32-33
• 3.2.6 設置求解過程的監(jiān)控參數(shù)33
• 3.3 翼型確定33-37
• 3.4 本章小結37-38
• 4 快速起動的動力學研究38-51
• 4.1 快速起動的運動學描述38-42
• 4.1.1 S形起動的運動學模型39-41
• 4.1.2 C形起動的運動學模型41-42
• 4.2 非定常動力學計算42-45
• 4.2.1 體干和魚鰭的推力計算42-44
• 4.2.2 魚體單位截面的抗力44
• 4.2.3 附加慣性力的計算44-45
• 4.3 快速起動的動力學模型45
• 4.4 快速起動游動的仿真45-49
• 4.4.1 游動位移和速度仿真46-48
• 4.4.2 快速起動流場仿真48-49
• 4.5 本章小結49-51
• 5 仿生機器魚三維建模及流場受力數(shù)值計算51-58
• 5.1 仿生機器魚計算模型51-52
• 5.2 數(shù)值求解52-55
• 5.2.1 仿生機器魚模型的網(wǎng)格劃分52
• 5.2.2 魚體模型在流場中的數(shù)值計算52-54
• 5.2.3 仿生機器魚流場的其他特征54-55
• 5.3 阻力計算結果分析55-57
• 5.3.1 阻力成分分析55-56
• 5.3.2 不同航速下阻力計算結果56-57
• 5.4 本章小結57-58
• 6 結論及展望58-60
• 6.1 結論58
• 6.2 展望58-60
• 參考文獻60-64
• 致謝64-65
• 個人簡歷65

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本文編號：401228