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潜器仿鱼尾推进系统的水动力分析

作　者: 董涛
导　师: 黄胜
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 仿鱼推进尾鳍柔性尾鳍水动力分析面元法
分类号: U664
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 227次
引　用: 8次
阅　读: 论文下载

内容摘要

人类为了探测和开发海洋资源或在军事上取得制海权，已经研制出了多种小型潜器。它们使用的操纵和控制系统大多是由多个螺旋桨推进器组成的，这样的系统体积大、重量大、能耗高、综合效率低，并有较大的噪音和尾涡。另一方面，鱼类和海洋哺乳动物已越来越引起人们的兴趣，因为它们具有良好的推进性能和操纵性能，它们能够高速游动，并能随意控制姿态。因此，在推进系统方面，人们把目光投向了比传统的螺旋桨推进更具优势的仿生推进系统。本文的研究对象是类似于金枪鱼尾鳍的一个推进装置，它是一个月牙形的尾鳍。该尾鳍位于一个无旋、非粘性、不可压缩的无界流场中，在做横移和左右摇摆耦合运动的同时，还向前运动。首先把尾鳍视为刚性体，采用面元法计算其水动力性能，详细分析其水动力系数随尾鳍运动参数的变化规律。为了使数学模型更贴近生物模型，本文又将尾鳍处理为只考虑弦向变形而不考虑展向变形的柔性体，两者对比的结果表明，柔性翼使得平均推力减小，但是，对具有相同推力的柔性翼比刚性翼具有更高的效率。为研究尾鳍的几何形状对水动力性能的影响，本论文选取了矩形翼和月牙形翼进行比较。结果证明，仿金枪鱼的月牙形尾鳍在推进性能上要远好于简单的矩形翼，由此，也反映了自然选择的结果。但是，仅仅模拟鱼的形状和功能，目前，期望获得与鱼同样高速推进及灵活操纵的性能是不可能的，因为制造一个拥有鱼一样体形鳞状光滑的、连续弯曲体形的运载器和像鱼神经那样支配鳍摆动的控制系统，已经超出了今天机器人技术发展的水平，但是，从长远来看，这种努力获得的效益仍然具有不可抗拒的吸引力。随着人类科学技术的发展，总有一天，装配有这种仿生推进器的潜器将在大海中自由的游弋，执行我们赋予它的任务。

全文目录

第1章绪论  8-14
  1.1 概述  9-10
  1.2 国内外仿鱼推进技术的研究进展  10-11
  1.3 仿鱼推进理论计算的研究进展  11-12
  1.4 本论文的主要内容  12-14
第2章理论模型  14-28
  2.1 面元法的基本公式  14-16
  2.2 数值计算  16-18
    2.2.1 方程的离散  16-17
    2.2.2 Kutta条件的应用  17-18
  2.3 刚性尾鳍的计算模型  18-20
  2.4 尾鳍表面速度的确定  20-23
  2.5 计算影响系数的解析公式  23-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章柔性尾翼的计算模型  28-35
  3.1 摆动尾鳍的另一个等效计算模型  28-30
  3.2 摆动柔性尾鳍的计算模型  30-34
    3.2.1 关于柔性尾鳍的两个假设  31
    3.2.2 尾鳍的变形  31-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章数值计算的结果及分析  35-60
  4.1 与日本某试验结果的比较  35-38
    4.1.1 面元数的选取  35
    4.1.2 本文计算结果和试验结果的比较  35-38
  4.2 特定工况下水动力系数的脉动  38-39
  4.3 刚性鳍水动力性能随运动参数的变化规律  39-42
  4.4 柔性鳍与刚性鳍水动力性能的比较  42-48
  4.5 月牙形鳍与矩形鳍水动力性能的比较  48-59
  4.6 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-64
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  64-65
致谢  65

潜器仿鱼尾推进系统的水动力分析

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