严惠云,张浩磊,刘小民

(1.西北工业大学理学院, 710072, 西安;2.西安交通大学能源与动力工程学院, 710049, 西安)



一种仿生鱼体自主游动的水动力学特性分析

严惠云1,张浩磊2,刘小民2

(1.西北工业大学理学院, 710072, 西安;2.西安交通大学能源与动力工程学院, 710049, 西安)

针对金枪鱼结构和自主游动现象建立了仿生鱼体几何模型及鱼体摆动计算模型,采用计算流体动力学Fluent软件结合动网格技术,编写了控制鱼体摆动的UDF程序,对仿生鱼慢速自主巡游状态和C形快速起动状态进行了数值模拟,研究了鱼体摆动频率和摆动方式对仿生鱼周围压力、速度、涡量分布以及鱼体受力状态的影响,揭示了仿生鱼自主游动过程的水动力学特性。研究结果表明:在自主巡游阶段,仿生鱼通过摆动鱼体,在鱼体两侧流场产生高压和低压区,依靠流体的正压梯度获得前进的推动力;在C形快速起动阶段,仿生鱼通过快速大幅度的回摆获得加速度,从而实现快速起动。鱼体自主游动水动力学特性的研究将为仿生水下推进器的概念设计和性能优化提供重要的参考。

仿生机器鱼;自主游动;水动力学;数值模拟

水下推进器是探索和开发海洋的重要工具。相比于传统水下推进器,仿鱼形水下推进器由于在运动形态控制方面具有较大的优势,近些年来受到了研究者的热切关注。

Deng等数值模拟了二维的鱼类游动,研究了不同控制参数下鱼体的推力性能及其周围的流场结构[1]。Liu等基于CFD方法实现了对复杂生物体运动的可视化建模,数值分析了蝌蚪游动的三维流场[2]。……