新型两关节机器鱼的研制及实验研究

以鲹科加新月形尾鳍推进模式鱼类的仿生学研究成果为基础,采用模块化设计思想,设计了新型两关节仿生机器鱼"HRF-Ⅱ",其尾部模块采用单电机驱动,易于实现尾部运动参数的调整;其升潜模块采用吸排水实现机器鱼升潜.对仿生机器鱼直线推进、转向、升潜和逆向游动的动作进行了水下实验.实验结果表明"HRF-Ⅱ"具备良好的推进特性和升潜特性,并且实现了逆向游动.     

机器鳕鱼胸鳍/尾鳍协同推进直线游动动力学建模与实验研究

设计了一种二自由度胸鳍/尾鳍协同推进的仿生机器鳕鱼,其胸鳍推进机构不仅能够单独实现前后拍翼运动、摇翼运动以及两者的复合运动,而且还可与尾鳍实现协同推进,进而分别建立了胸鳍单独推进、胸鳍/尾鳍协同推进时的水动力学模型。数值仿真及实验结果均表明,胸鳍复合运动与尾鳍协同推进时,仿生机器鱼游速最快,可达0.30 m/s,胸鳍摇翼运动推进时游速最低,仅为0.05 m/s,其他推进方式的游速介于二者之间,但均能够实现稳定的游动。与现有结果相比,所设计仿生机器鱼直线游动模态多样,稳定游速可选范围较宽,机动性较好。     

基于拉线机构的机器鱼运动控制仿真研究

研究机器鱼是为了模仿鱼类的游动方式,研究出更为高效、灵活的水下航行器。文中介绍了一种基于拉线机构的机器鱼,主要介绍了对拉线机构应用在机器鱼推进上的仿真分析和控制。对拉线机构的鱼尾进行了仿真分析,并对比真实鱼类游动时的体干波曲线。仿真结果显示：基于拉线机构的机器鱼与传统的多关节串联驱动的机器鱼相比能更好地模拟真实鱼类的游动。制作了机器鱼样机和控制系统,用于进一步分析研究基于拉线机构的机器鱼的性能。     

基于SMA驱动的水下仿生航行体技术

鱼类游动具有低阻高效、高机动性等特点,对鱼类的仿生学研究将为新型水下航行体的设计研制提供重要借鉴与启迪.本文综述了鱼类游动机理的研究成果,总结了国内外在水下仿生航行体方面的研究进展,分析了SMA材料性质及应用现状,提出了一种基于SMA驱动的仿鲹科鱼类波动推进的水下仿生航行体原理构型方案,可作为下一步详细设计的基础.     

水翼法推进的仿生AUV研制及实验

为丰富水下推进方式,进行了海龟水翼法推进技术仿生及实验研究.基于生物原型运动机理和本构特性分析,研制了仿水翼运动机构、仿蹼翼运动机构和仿生水翼法推进AUV,并进行了仿生AUV水池转首性能测试实验等,验证了运动参数变化对AUV所受纵向力分量和平面转首力矩的影响.实验结果表明,水翼拍旋角速度ω1对于AUV转首速度的影响呈降加速度正比趋势;AUV样机双翼反向差动转首因增加了涡漩阻力,比单肢转首运动的效率提高约60％等,这些为仿生AUV运动控制策略研究提供依据.     

柔性尾鳍仿金枪鱼水下机器人自主游动研究

文章数值模拟了柔性尾鳍的仿金枪鱼水下机器人从静止加速到稳定巡游的自主游动过程,分析了其运动过程中的运动和水动力性能特点及变化,并与刚性尾鳍模型进行了比较.同时详细分析了尾鳍的运动参数如频率,摆动幅度,横移振幅对仿金枪鱼自主游动过程的影响.结果表明,仿金枪鱼在启动加速时效率较低,柔性变形可以较大地提高仿金枪鱼的推进效率;尾鳍的运动参数对自主游动过程有很大的影响:在一定的范围内,增大尾鳍的运动频率、摆动幅度和横移振幅可以提高运动速度、推力和推进效率,但过大的摆幅会降低推进效率.     

复合驱动仿生胸鳍机构设计与水动力研究

针对仿鱼型海洋探测机器人低速时的机动性问题,受鹞鲼鱼类依靠胸鳍摆动实现各种水下运动的启发,设计出一种基于共融理论的复合驱动刚-柔多体耦合仿生鱼胸鳍机构。通过构建基于三维非定常湍流控制方程组的柔性鳍摆动系统水动力学模型,研究仿生胸鳍柔性鳍面摆动时周围压力和速度场的变化情况,分析不同摆动幅度和频率下鳍面的水动力学特性,揭示仿生鹞鲼机器鱼的水下运动机理,对摆动胸鳍的水动力进行仿真。结论表明:鳍面摆动时周围的漩涡能够引起胸鳍面上推力、升力及侧向力按类似正弦变化,而推进力和侧向力的大小随摆动幅值和摆动频率增加而增大。     

鲆鲽鱼型双驱动仿生机器鱼水动力研究

为了分析仿生机器鱼的推进模式并预测水下推进性能,对其水动力特性开展研究。基于鲆鲽鱼型双驱动仿生机器鱼和波动推进理论,研究入流速度和波动频率对自推进性能的影响。对胸鳍在不同攻角下的升阻比进行数值计算,最佳攻角为20°。通过研究掌握了影响运动性能的主要因素,确定了计算自推进速度的数值方法,改进了机器鱼波动推进模型。研究结果显示,尾部波动频率是最关键参数,对仿生机器鱼的推力和启动响应速度有直接影响。     

一种柔性胸鳍仿生鱼的初步设计和开发

设计开发一种以胸鳍作为动力推进系统的仿生机器鱼.该仿生鱼具有效率高、机动性好、噪音低,对环境扰动小的优点,并能利用柔性胸鳍摆动方式实现推进及水平面内的机动运动.所设计的仿生机器鱼具有一定的工程应用价值.     

鱼游推进的水动力学研究综述

自然界中的鱼类游动时有着高速、高效和低噪等优点,人类一直以来试图通过对其游动机理的探索,获得借鉴并为自己所用.近一个世纪以来,在鱼游方面的研究已取得丰硕的成果.特别是近20年来,随着计算流体力学以及流动显示技术的发展,鱼游推进重新成为研究热点.本文首先介绍了鱼类游动的分类,并在此基础之上分别对鱼形体波动、尾鳍拍动以及复杂流场下鱼游推进的相关研究工作进行了介绍和归纳.     

基于TMS320F2812的水下电磁场信号采集与处理单元设计

为了实现水下多传感器节点系统的电磁场信号采集、处理以及处理结果的长距离传输,提出了1种基于定点DSP芯片TMS320F2812的水下电磁场信号采集与处理单元设计方案,以该芯片作为单元的核心来完成信号采集与处理,并将处理结果通过CAN总线网络进行传输。文中给出了相应的硬件实现和软件设计,其中对DSP的信号处理方法与CAN接口配置做出了较为详细的介绍。基于该方案的信号采集与处理单元已经研制完成,并在系统原理样机中得到成功应用。试验结果表明,该单元在系统中工作正常、性能稳定。     

Design of central symmetric lattice structure for ocean engineering based on fluid-solid-interaction

Some structures that constitute underwater vehicles and other ocean engineering structures, such as the shell of underwater vehicles, shafting of power systems, compressor impellers and propeller hubs, all have central symmetric or rotationally symmetric cross sections. In this paper, a kind of central symmetric lattice is designed. The lightweight design of the above structure with this lattice can significantly reduce the weight of the structure on the premise of reducing the static response of the structure. Combined with the ANSYS Parameter Design Language (APDL), the homogenization method is used to analyze the static response of the rotationally symmetric lattice structure and the parallel pattern lattice structure under pressure. The fluid load (pressure) of impeller is calculated by CFX. The results show that the structural stress of the central symmetric lattice structures with the same volume fraction is smaller than that of parallel pattern lattice under the same load when the rotationally symmetric structures have the same form. The application of the homogenization method proves that the above conclusions also improve the efficiency of the static response calculation of the central symmetric lattice structure. The design and research methods in this paper provide technical support for the realization of lightweight design of small and medium-sized underwater rotationally symmetric structures.     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.     

Hydrodynamic characteristics of underwater vehicle with X-rudder configuration coupling with incidence and rudder angle北大核心CSCD

[目的]X形艉布局的水下航行体及操纵策略特殊,受主体姿态角影响的X形艉舵特性与十字形艉布局的不同。[方法]基于SUBOFF模型的X形艉布局方案,通过数值计算分析变单舵、变单舵耦合攻角以及变单舵耦合漂角时的操纵性水动力特性,并按照现有的船标推荐公式,对舵角/姿态角耦合下的操纵性水动力特性进行拟合研究。[结果]结果表明,X形艉水下航行体变单舵时,舵与主体间存在较强的相互作用,使得两个正交平面内的水动力(矩)存在差异;区别于无主体姿态角时的X舵水动力特性,耦合主体姿态角后的X舵水动力特性明显受到主体的影响。在研究的姿态角及舵角范围内,右上舵和左下舵舵效分别随姿态角的增大而减小和增大。舵导数相对变化量值最大达16%。[结论]研究结果可为X形艉水下航行体操控及仿真评估分析提供参考。     

Simulation platform of navigation system for autonomous underwater vehicle

1 Introduction1 It is hoped the Autonomous Underwater Vehicle (AUV) can be fully autonomous, but the basis of this hope is that AUV can navigate and position accurately.Inertial navigation is the main navigation method for AUV, but accumulative error of t…     

水下运载体集群定位导航信息生成技术研究

水下运载体集群多目标协同活动条件下,实时获取多目标准确定位导航信息,是完成任务的重要保障。本文介绍了水声定位技术的几种类型,分析了用惯性/水声组合导航技术解决此问题的可行性,文章最后给出了水下运载体集群多目标定位导航信息生成方案。     

波状摆动式鱼类的推进性能研究

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景,利用计算流体动力学软件Fluent对波状摆动式鱼类进行了数值模拟,建立波状摆动式鱼类的数值计算模型,研究不同变形参数对鱼类推进性能以及尾涡流场结构的影响。结果表明,随着波长的增加,鱼类能够获得更好的推进性能。通过对比不同频率下鱼类推进性能以及流场结构,探讨不同滑移率及斯特劳哈尔数对推进性能影响。     

船舶辅机节能控制与管理技术研究

由于世界能源短缺问题日益严重,船舶节能技术已成为船舶设计、船舶建造及航运行业的研究热点。辅机是船舶的重要耗能负载,因此辅机节能是船舶节能技术研究的重要内容。介绍了一种基于柔性控制及信息自动化技术的船舶辅机节能技术途径,阐述了船舶辅机节能原理,提出了船舶辅机柔性控制节能技术方案。在提升辅机电动机能效、实现自适应变频调速控制节能的基础上,进而提出根据全船平台信息进行辅机节能综合管理的技术方案,从而减少全船辅机能耗,达到船舶节能的目的。     

复杂回转体数学表示方法

非对称结构的复杂回转体广泛应用于水下潜器.为了提高自动化设计效率,本文在对布置需求进行分析的基础上,采用椭圆簇函数表示回转体截面曲线.同时结合约束条件及总布置的要求,建立方程组.并对方程组进行数值求解,求得满足总布置和排水量要求的数学线型.最后结合水动力性能数值模拟技术,将求得的回转体与SUBOFF的阻力性能进行对比,以验证求得的回转体的水动力性能优良,能满足工程实际需求.