杨少波 韩小云 邱 静 谢海斌

国防科学技术大学,长沙,410073

仿牛鼻鲼机器鱼胸鳍的时间非对称摆动研究

杨少波 韩小云 邱 静 谢海斌

国防科学技术大学,长沙,410073

针对以胸鳍升力模式推进的牛鼻鲼在胸鳍扇动时存在时间上的非对称摆动问题,分析了牛鼻鲼这一泳动特征的力学含义,并通过仿牛鼻鲼机器鱼开展了时间非对称摆动的研究。首先建立了时间非对称摆动的数学模型;然后在一系列的不对称系数下进行了机器鱼的泳动实验,发现存在一个不对称系数的较佳范围,并且当不对称系数为0.56时,机器鱼的泳动速度最大;最后通过机器鱼的水动力实验研究,讨论了不对称系数对水动力的影响规律。结果表明,牛鼻鲼在实际游动过程中通过上挥急回的方式拍动,特别是经常以不对称系数0.56工况方式扇动,可以获得更好的推进性能。

胸鳍升力模式;牛鼻鲼;机器鱼;时间非对称摆动;水动力

0 引言

由于海洋资源的开发和海洋探索的需要,胸鳍模式水下推进目前正成为国内外研究的热点[1-5]。牛鼻鲼的胸鳍向两侧伸展呈三角形,鳍身融合。它们的游泳方式非常优雅,而又不失敏捷,仅仅通过一对宽大胸鳍的上下扑动就产生必需的推力和升力,属于典型的胸鳍升力模式推进[6]。牛鼻鲼胸鳍升力模式相比于其他推进模式,具有摆动频率低、负重空间大、升力大、机动性能优良等优点。

Heine[7]对牛鼻鲼进行过详细的运动观测,并记录了牛鼻鲼鳍尖……