潘 光, 钟如意, 宋保维, 曹永辉



扑翼翼型流体动力特性数值计算与分析

潘 光, 钟如意, 宋保维, 曹永辉

(西北工业大学 航海学院, 陕西 西安, 710072)

利用对海洋生物运动方式及其运动器官的研究开发水下扑翼推进装置是仿生推进技术的一个重要研究方向。本文通过数值计算方法, 以对称翼型为主, 开展对扑翼翼型的推力和升力特性的研究, 分析了各翼型在不同斯德鲁哈数下的力学表现, 以及翼型和相关参数对扑翼推进效果的影响。计算结果表明, 翼型扑翼运动时的最大推力系数、平均推力系数和最大升力系数3个参数均与中心弦长比成线性递减关系, 翼型参数和工况对翼型的推力和升力特性均有不同程度的影响。

扑翼推进; 翼型; 推力系数; 升力系数; 斯德鲁哈数; 数值计算

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近年来通过对水生生物的仿生学研究发现,海龟、海豚、企鹅以及各种鱼类等海洋生物主要依靠鳍状肢或尾翼的划水产生动力, 尽管这些生物体形不一, 但是他们却具有爆发力强、机动性高、稳定性好等共同特点。国内外学者们对此进行了大量研究, 也取得了一些仿生推进的研究成果。目前比较有代表性的有加拿大的移动机器人AQUA[1]、麻省理工学院(massachusetts institute of technology, MIT)研制的仿生扑翼水下机器人Fla- pping foil AUV[2]和机器金枪鱼RoboTuna[3]、加拿大的仿生机器海龟Madeleine[4]、美国DUKE大学的仿生扑翼水下机器人Gamera[5]、美国海军水下战中心(naval undersea warfare center, NUWC)研制的仿生扑翼水下航行器[6]等样机以及一些理论或试验研究成果。与螺旋桨推进技术相比, 水下仿生扑翼推进技术属全方向矢量推进方式, 具有机动灵活、推进噪声低、稳定性好等特点, 可在狭窄、复杂的水下环境中实现精确运动。……