运动参数对近波面拍动翼推进性能的影响

研究水翼不同运动参数对近波面二维刚性拍动翼推进性能的影响。首先,根据计算流体动力学(CFD)建立了近液面水翼的计算模型,然后采用速度边界造波及动网格等方法对不同参数下水翼的运动及水动力性能进行模拟和分析,最后,计算比较水翼处于无界流中及近静水面时性能。研究结果表明:恰当的水翼摇摆与升沉间相位差能够有效增加翼推力,提高翼推进效率及波浪能利用效率。波面的存在及恰当的翼摇摆与升沉相位差可增加水翼尾涡梯度、减小涡分布范围,从而增加翼推力及效率。此外,水翼大摆幅角运动可获得较高的推力及效率,而大升沉幅度下水翼推力较高,但效率较低。     

仿生叶轮机构水上推进特性仿真与试验

对一种水上仿生推进装置进行流体力学仿真,并根据处于多种工况下若干组仿真数据,对该推进装置的力学特性进行分析。着重研究并归纳在不同转速和出水高度条件下,推进装置的升力、推力和功率曲线的变化规律,总结有助于仿生推进装置设计与优化的结论。最后,借助叶轮机构试验系统进行相关试验,并用试验数据来印证分析结论的合理性。结果表明,随着转速的提高,推进装置所产生的升力和推力同时增加,机械总效率和推进效率增大,但托举效率减小;当推进装置的轴心距水面越高时,在一定范围内,其推进效率和托举效率越大。合理的结构设计能够大幅提升装置在各种工况下的推进效率和托举效率。     

基于动网格方法的拍动平板升力分析

针对微型飞行器,采用动网格方法计算了旋转超前、同步、滞后3种拍动模式下的平板升力性能.通过比较分析二维、三维拍动平板的升力性能以及尾涡分布变化,探讨了拍动平板升力性能与其运动规律的关系.计算表明：旋转同步和超前模式下的平板升力系数明显高于旋转滞后模式下的平板升力系数;二维、三维平板升力系数均随角振幅的增大而减小,随相位差的增大而增大,拍动振幅的影响相对较小;角振幅较大时,旋转超前模式中三维平板升力系数均明显高于二维平板升力系数,旋转同步模式中二维、三维平板升力系数变化不明显,旋转滞后模式中仅当小角振幅且小平移振幅时,三维平板升力系数增加较大.     

仿生海龟前肢推进装置

本作品目的在于研制出一种新型的推进装置，以适用于水下机器人。利用仿生学原理，以海龟水翼法游动为原型，开发出仿海龟水翼法游动的新型水下推进装置。仿生海龟的水翼法游动形式是本作品的关键技术。其运动的平稳性、可控性为其主要技术指标。目前的水下机器人大多有速度慢、效率低、运动姿态简单、     

仿鱼类游动模式下的摆动翼水动力性能研究

以二维NACA0012水翼为计算模型,基于计算流体力学(CFD)方法,采用RNGk-ε湍流模型,利用动网格技术,数值计算了不同斯特哈尔数(St)下正弦摆动模式(SM)水翼的平均推力系数,通过与实验对比,验证了计算方法的有效性.基于鱼类身躯的柔性波动,建立了仿鱼类摆动模式(FM)水翼的动力学模型,探讨了不同侧向平移幅值下,两种模式水翼的推进性能.计算结果表明:FM水翼的平均推力始终大于SM水翼,侧向平移幅值为0.8c (c为水翼弦长)处,有最大增量7.2%.尾涡分析表明:侧向平移幅值较小时,两种模式水翼脱落涡呈反卡门涡街形式,FM水翼脱落涡强度高、耗散快;随着侧向平移幅值增大,涡系诱导作用增强,侧向射流增强.     

三维拍动翼推进效率的计算方法

针对国内外学者对拍动翼的研究多集中在水动力性能分析与流场模拟方面,而对其推进效率的计算方法尚无科学严谨论述的现状,提出一种计算拍动翼推进效率的方法.采用基于速度势的面元法计算了三维拍动翼的平均推力系数,通过与Fluent数值模拟计算值及相关实验结果的对比,证明了面元法程序在计算中的有效性.在此基础上,结合理论力学和分析力学的基本理论,推导拍动翼推进效率的计算公式,应用面元法实现其推进效率的数值计算.推进效率计算值与实验结果的比较表明,所提出方法适用于三维拍动翼推进效率的计算.并分析了转动幅度和频率对平均推力系数和推进效率的影响.     

仿蝠鲼胸鳍推进执行机构水动力特性分析

针对仿生蝠鲼机器人胸鳍推进执行机构的结构特征,文章提出了仿生蝠鲼胸鳍运动学方程和二维水动力学模型,并基于Fluent软件和动网格技术,通过编写UDF程序控制二维截面运动,对仿生蝠鲼胸鳍二维水动力模型进行求解;通过仿真与实验数据的对比,验证了该仿真方法具有很高的可信度,仿真分析得到的仿蝠鲼胸鳍推进执行机构的相关水动力学特性为仿蝠鲼胸鳍摆动机构优化设计提供了参考;研究了波幅包络线函数、急回特性和斯特哈尔数对推进性能的影响,并通过比较各参数对推力和升力的影响,最终得到仿生蝠鲼机器人胸鳍推进执行机构的部分参数选择依据。     

基于力控制模式的四足仿生机器人的动力学仿真

针对四足仿生机器人,研究了基于力控制模式下的四足仿生机器人的动力学仿真实现方法.首先利用虚拟现实建模语言对四足仿生机器人进行仿真模型的建立和有关参数的定义;然后对四足仿生机器人按照空间向量代数建立运动学方程;接着,采用迭代牛顿-欧拉算法对四足仿生机器人进行逆动力学分析,以求得在力控制模式下的动力学仿真所需的各关节驱动扭矩,并建立了基于机器人中间件的动力学仿真系统.最后,通过四足仿生机器人在对角小跑步态下的动力学仿真实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

基于滑移网格技术的串列翼推进性能分析

以有限体积法结合Standard k ε湍流模型求解黏性不可压缩Navier Stokes方程,采用滑移网格技术实现了串列翼前后翼间的相对运动,分析了前翼拍动后翼静止的串列翼系统的推进性能.探讨了衰减频率、拍动振幅以及前后翼间距对串列翼推进性能的影响.计算结果表明,串列翼的推力主要由前翼产生,且在一定的衰减频率和拍动振幅范围内,串列翼均较传统的单翼拍动具有更高的推进效率,同时,前后翼间距对串列翼推进性能影响不大.     

仿生扑翼型机器鱼驱动机构的设计

基于仿生学原理,模仿鸟类和昆虫飞行的翼和鱼的新月型尾鳍的推进机理,提出一种仿生扑翼型机器鱼的设计方案,利用机械、电子元器件或智能材料实现该机器鱼的水下复合推进,采用曲柄摇杆机构实现该机器鱼扑翼运动,具有运动形式简单、效率高、重量轻的特点;模仿鳢科加新月形尾鳍推进模式,使机器鱼的尾鳍简化为刚性的水翼,该水翼可做平动与绕自身轴摆动的复合运动;使用弹簧作为连接尾鳍与舵机的力传输元件,有效降低运动的能量损耗;在机器鱼尾部使用沉浮舵,由舵机旋转驱动拉杆产生倾覆力矩,在扑翼和尾鳍的推力作用下实现上浮和下沉。