崔 祚, 姜洪州

摆动推进鱼类鱼体波复模态分解及其特性分析

崔 祚1, 姜洪州2

(1. 贵州理工学院 航空航天工程学院, 贵州 贵阳, 550003; 2. 哈尔滨工业大学 机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨, 710077)

在自然界中, 大多数鱼类通过身体和尾鳍的复合波动形成独特的鱼体波曲线, 以获得其快速高效的游动性能。文中以鱼体波为研究对象, 采用复模态正交分解(COD)方法来研究鱼体的复合波动模式。从振动模态的角度看, 鱼类的游动是粘弹性鱼体在流体中的强迫振动, 鱼体波对应的是复模态振型。根据COD方法, 将鱼体波分解为纯行波和纯驻波两部分, 并利用复模态振型实部和虚部的相关系数来定义鱼体波的行波系数。通过分析鳗鲡科乐锦鳚鱼和亚鲹科虹鳟鱼的鱼体波数据, 得到对应鱼体波的行波系数分别为0.793和0.604。结果表明, 乐锦鳚鱼的鱼体波中含有较大的行波成分, 而虹鳟鱼鱼体波则含有较多的驻波成分。该结论从生物学上验证了鱼体波的复模态特性, 该特性与鱼体动力学特性以及游动模式有着密切关系。

鱼类; 游动模式; 鱼体波曲线; 复模态分解; 行波系数

0 引言

在自然界中, 85%的鱼类把身体和尾鳍当作主要推进器, 利用身体/尾鳍的左右摆动来产生反作用力并形成向后传播的鱼体波, 以实现快速高效的游动性能[1]。近年来, 随着仿生水下机器鱼研制工作的开展, 鱼类独特的游动性能吸引了越来越多的仿生学者, 其快速高效和高机动性的游动性能一直是研究的重点之一[2-3]。……