水下仿生柔性胸鳍摆动水动力特性试验研究

为了掌握仿生柔性胸鳍动态摆动过程真实的水动力特性,研制了仿生多鳍条的柔性胸鳍模型及驱动控制系统,首次采用拖曳水池测力试验的方法对仿生柔性胸鳍摆动过程受力进行了测试,获得了柔性胸鳍在不同运动参数的受力数据,掌握了频率、摆幅、相位差等对仿生胸鳍模型受力的影响规律.试验结果表明:胸鳍摆动频率越大、摆幅越大,胸鳍产生的推力、侧向力和转动力矩越大;胸鳍鳍条间的相位差越小,胸鳍产生的推力、侧向力和转动力矩越大;柔性胸鳍不规则形变导致推力峰值不对称.     

胸鳍波动模式仿生机器鱼研究浅析

本文介绍了仿生机器鱼的概况,着重综述了胸鳍波动仿生机器鱼的国内外研究现状,总结了胸鳍波动仿生机器鱼的特点,着重提出了仿生机器鱼研究的基础性问题,并详述了胸鳍波动仿生机器鱼研究的意义和技术发展趋势。     

展向刚度对拍动式仿生胸鳍水动力性能影响的实验研究

[目的]旨在研究拍动式胸鳍沿翼展方向结构设计刚度对其水动力性能的影响。[方法]提出一种柔性仿生胸鳍的非均匀展向刚度设计方法。通过搭建的胸鳍水动力性能实验平台,测试0.3～1.0 Hz驱动频率下不同展向刚度仿生胸鳍拍动时产生的平均推进力与平均侧向力,并结合高速摄像机采集的胸鳍运动图像序列,分析仿生胸鳍展向变形对其产生推进力的影响。[结果]实验结果表明,在测试的拍动频率范围内,柔性仿生胸鳍产生的平均推进力及平均侧向力均与鳍条的展向刚度大小及分布情况相关。通过优化机器鱼样机（XJmanta）柔性仿生胸鳍的展向刚度可使其最大游动速度提升约45%。[结论]研究成果可用于指导拍动式柔性仿生胸鳍的设计,优化胸鳍输出水动力性能,提升仿生机器鱼本体游动时的机动性。     

多仿生机器鱼群体定位控制

研制了一种多微小型仿生机器鱼实验平台，对微小型机器鱼的游动速度、最小转弯半径和急转角度等机动性能进行了测试。在此基础上，进行了机器鱼水中定位控制的研究。由于水面波动和多机器鱼之间的相互干扰，机器鱼在水中的游动是一种高度的非线性问题，难以进行精确定位控制。提出了一种机器鱼自学习的算法，通过建立机器鱼行为信息数据库，实现了机器鱼的精确定位控制。     

尾鳍柔性变形对仿生机器鱼自主游动性能影响的研究

基于计算流体力学方法,数值模拟仿生机器鱼3自由度自主游动,比较刚性尾鳍和柔性变形尾鳍的推力、鱼体游动功率消耗和尾鳍前缘处的涡结构。计算结果表明,在相同运动参数下,柔性尾鳍能使机器鱼在加速阶段游得更快,而刚性尾鳍使机器鱼在巡游阶段游得更快;尾鳍柔性变形能降低巡游阶段机器鱼的侧向速度和首摇角速度的波动幅值,有利于航向稳定。游动速度对柔性尾鳍的推力有明显的负面影响,而对刚性尾鳍的推力影响不大。刚性尾鳍适用于机器鱼在较小的尾鳍侧向平移幅值下巡游,而柔性尾鳍适用于机器鱼在较大的侧向平移幅值下巡游。尾鳍的柔性变形会延迟前缘涡的产生和脱落,导致尾鳍在一个游动周期中的某个时间段形成阻力,不利于机器鱼高速巡游。     

仿生机器鱼研究的进展与分析

鱼类所具有的推进效率高、机动性强、环境扰动小等优点引发了国内外学者对仿生机器鱼的研究。底层步态控制方法和闭环运动控制方法是当前机器鱼控制研究的两大热点。按照推进模式的分类方法概述各类机器鱼的样机研制情况以及其性能优劣,介绍机器鱼的推进机理及其水动力学研究进展,进而重点探讨轨迹逼近方法和中枢模式发生器这2种底层步态控制思路,综述机器鱼的典型闭环运动控制方法。中枢模式发生器具有更强的灵活性、稳定性和可操作性,易于引入反馈项而实现闭环控制,在机器鱼底层步态控制中占主导地位。针对机器鱼的显著特点改进后的基于学习的控制方法与多种方法相结合后的混合控制方法具有更为广阔的发展前景,符合仿生机器鱼智能化的发展方向。根据工作条件和运动要求建立合理的步态控制系统以及准确高效的闭环运动控制系统可提高机器鱼的整体性能。

     

仿生机器鱼的运动规律研究

仿生机器鱼技术为研究高效、高机动性和低噪声的水下运载器提供了新的思路，是近几年水下机器人领域的研究热点之一。基于仿生机器鱼的运动模型，研究了它的运动规律，并进行了计算机仿真研究。仿真结果表明，尾鳍摆动频率和两关节相位差对推进速度有较大的影响。     

胸鳍推进模式仿生推进器研究进展及前景

介绍了无人仿生推进器的概念,综述了胸鳍推进仿生推进器的国内外研究情况,分析了胸鳍推进仿生推进器的特点,着重提出了仿生推进器研究的意义,并据此分析了胸鳍推进仿生推进器的技术发展趋势。     

基于网格算法的多仿生机器鱼协调游动控制

在多仿生机器鱼实验平台上,针对多仿生机器鱼按次通过水中一个狭孔的问题,进行了多机器鱼协调控制的初步研究.基于对实验场景视频图像的处理和识别结果,提出了一种多机器鱼游动路径规划的网格算法,实现了多条机器鱼之间无碰撞、无路径干涉的快速游动规划.     

水下智能仿生机器鱼容错控制数学建模研究

传统水下智能仿生机器鱼控制模型存在容错率低的问题。为了更好解决该问题,进行水下智能仿生机器鱼容错控制数学建模研究。构建仿生机器鱼机械动力学模型,获取仿生机器鱼的自身参数、水下参数与容错参数,引入容错控制算法对仿生机器鱼进行误差量追踪补偿计算,构建水下智能仿生机器鱼容错控制数学模型。在实验中通过控制容错率测试,证明该模型具有较强的容错控制能力。     

仿胸鳍/尾鳍推进水下航行器方案设计与模型试验

针对小型水下航行器开展了系统方案设计,系统主要包括中央主体模块、胸鳍模块、尾部推进模块及控制模块。选用可编程序控制器(PLC)实施运动控制,完成了模型制作,编写了控制程序,并进行了初步的模型试验,探讨了仿生水下航行器运动的基本性能。     

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。     

一种仿生水下机器人的研究进展

近年来仿生技术在水下机器人上的应用已经成为水下机器人的重要研究方向之一.本文介绍了哈尔滨工程大学研制的"仿生-Ⅰ"号水下机器人.该机器人以蓝鳍金枪鱼为模本,长2.4m,前体固定,后体(约1/3体长)为具有3个节点的摆动装置,采用月牙形尾鳍.水动力计算和水池实验表明,仿鱼推进和操纵方式比传统的桨舵具有高效性和高机动性.     

螺旋桨毂帽鳍参数定量设定的优化匹配研究

螺旋桨毂帽鳍是一种新型的推进器节能装置。针对DTMB P4119螺旋桨,将不同进速系数下的螺旋桨毂帽鳍的主要参数设定为统一的特定值,进行Fluent软件模拟计算。通过对比加载毂帽鳍前后螺旋桨的水动力性能可知,在不同进速系数下,加载参数设置相同值的螺旋桨毂帽鳍,可使螺旋桨效率提高约0.93%~2.86%。通过观察毂涡分布图可直观看出,桨毂处涡流减弱。结果表明,将毂帽鳍参数的特定值应用到DTMB P4119螺旋桨是可行的,可以提高螺旋桨效率,降低船舶能耗。     

A Preliminary Review of NOAA's Community-Based Dam Removal and Fish Passage Projects

Dams and other stream blockages prevent anadromous fish from accessing large areas of key habitat. The NOAA Community-Based Restoration Program (CRP) supports habitat restoration projects, including 53 dam removal and fish passage projects from 1996 to 2002. This article provides a preliminary review of the biological benefits provided by the first 18 CRP dam removal and fish passage projects supported between 1996 and 1999. These 18 projects improved access to over 160 km of river habitat for many anadromous fish species, especially river herring (Alosa spp.) on the east coast and salmonids (Oncorhynchus spp.) on the west coast. While fish ladders provide targeted fish species access to key habitat areas, dam removal can improve the health of entire stream ecosystems and provide fish passage to fish species unable to utilize ladders. The CRP complements existing federal regulatory programs by providing a cooperative process at the local level that can restore habitats efficiently and effectively while encouraging long-term stewardship.     

具有不同尾翼形式潜艇的阻力数值模拟与分析

现代潜艇尾翼的形式普遍采用十字形和X形两种基本形式,文中通过采用求解RANS方程的数值计算方法,结合RNG-kε、S-kω、SST-kω3种湍流模型,对带有30°、45°,60°3种X形尾翼以及十字形尾翼的潜艇阻力进行数值模拟,通过计算结果发现:对各种方案采用RNG-kε和SST-kω湍流模型进行计算时,阻力比较接近,而采用S-kω湍流模型时,阻力比前两种要大;在所有方案中,45°尾翼具有最小的阻力。     

反舰导弹的温柔杀手——舰载软杀伤武器系统（1）

在1967年的中东战争中,埃及海军快艇装备的苏制“冥河”导弹将以色列海军的“埃拉特”号驱逐舰一举击沉,首开人类海战史上反舰导弹摧毁水面战舰的先河。此次事件不仅令世界海军大为震惊,而且也使以色列人蒙受了奇耻大辱。6年之后,在1973年10月的中东“斋月”战争中,埃及和叙利亚海军同以色列海军再次展开海上对决,双方上演了一场空前惨烈的导弹对攻战。结果,埃及和叙利亚人发射的“冥河”导弹竞无一命中目标,而以色列人却用“迦伯列”反舰导弹连续击沉击伤5艘埃叙快艇,重创两国的海上力量,自身却毫发无损。这一战斗结局令国际军事观察家们大惑不解：以色列人何以犹有神助般地取得了如此完胜呢？他们有什么神秘武器竞使埃及和叙利亚的“冥河”导弹晕头转向呢？人们在大惑之余终于发现,原来,以色列参战舰艇上刚刚装备了新研制的一种电子干扰软杀伤武器系统,正是这种软杀伤系统使得曾经神勇的“冥河”导弹如无头苍蝇般屡屡扑空,也正是这种软杀伤系统使以色列人终报了6年前的“一箭之仇”。     

反舰导弹的“温柔杀手”——舰载软杀伤武器系统（2）

作为世界上最强大的海上武装力量,美国海军不但拥有一流的舰栽硬杀伤武器系统,而且在舰载软杀伤武器系统的研发和应用方面也独占鳌头。近些年来,美国海军不仅独立开发了多种软杀伤武器（包括无源干扰武器、有源干扰武器、拖曳式诱饵、飞行假目标等）,     

反舰导弹的温柔杀手——舰载软杀伤武器系统（4）

英国篇在世界海军中,英国海军是继以色列海军之后仅有的曾在实战中使用过舰载软杀伤武器的海军,而且和以色列人一样,既有着“被反舰导弹击沉驱逐舰”的惨痛教训,也有着“用软杀伤武器成功对抗反舰导弹”的骄人战绩。在1982年的南太平洋马岛战争中,阿根廷人用“飞鱼”反舰导弹将英国人的“谢菲尔德”号驱逐舰送入海底,英国海军在震惊之余急讨对策,最终祭出了舰载“乌鸦座”射频无源干扰系统这面大旗,结果竞使阿根廷人随后发射的多枚“飞鱼”屡屡偏航扑空而功败垂成。可以说,软杀伤武器系统对英国海军在此战中的最终胜利起到了不可或缺的作用。实际上,在舰载反导软杀伤武器的研究方面,英国海军的起步较旱,1968年就开始在舰艇上装备首型舷外干扰系统。近30多年来,英国海军不但独立开发了多型无源干扰系统（开发的型号之多可说为各国海军所仅见）,而且还和其它国家联合开发了一些有源和无源干扰系统,这些舰栽软杀伤武器系统目前正在多国海军中服役。