基于软体驱动的蝠鲼扑翼运动数值模拟分析

介绍一种以蝠鲼为原型，采用软体驱动的水下扑翼结构机器鱼，在该机器鱼上布置多个驱动单元，实现灵活的仿生运动。对软体驱动器不同结构参数进行仿真对比，得出最优结构并获得运动学模型；结合动网格技术，在仿真环境下获得翼型在二维平面内大变形运动的升力特性，并分析不同驱动器在驱动频率影响下的运动特性。仿真计算结果表明：采用半圆形截面、径厚比为0.8～1.4的驱动器结构可在较低的气压下产生大范围的弯曲运动，且具有较小的径向膨胀变形，基本上不影响运动结构的水动力特性；通过调整不同位置驱动器的充气间隔频率，可使胸鳍前后缘结构具有不同的偏转角度，从而获得较好的升力特性，对应0.5 Hz下的胸鳍结构在不同工况下具有较好的升力表现；调整驱动频率对应扑翼运动频率，使胸鳍产生周期性的推力变化，伴随驱动频率提高，幅值变化增大。