基于FLUENT的摆动尾鳍水动力特性研究.pdf

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1、机械设计与制造第5期MachineryDesign&Manufacture2010年5月文章编号：lOOl一3997(2OLO)O5一o2o4一o3基于FLUENT的摆动尾鳍水动力特性研究韩路辉陈维山刘军考夏丹(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨150001)Investigationofhydrodynamicperformanceforbioniccaudalfinbased——onfluentHANLu—hui，CHENWei—shan，LIUJun—kao，XIADan(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem

2、，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)●<>●◇●<>●<>·<>●<>●◇●◇●◇●<>●<>●C>-◇●◇●◇●<>●<>●◇●<>●◇0<>·<>·◇●◇●C>．<>●◇·<>·<>●◇●◇●<>●◇●0●◇●<>●<>·<>0【摘要】根据水动力l学理论，提出了摆动尾鳍的水动力学模型，利用Fluent的动网格技术，探讨了0最大击水角度以及摆动与平动对尾鳍水动力性能的影响。研究结果表明，鱼类的逃逸姿态与其巡游姿态◇Q分别对应不同的参数。在相位差固定的情况下，鱼类可以很容易地在两种姿态间切换。研究内容为进一步?

3、探讨鱼类如何兼顾各种游动姿态，研制新型高效仿鱼机器人提供了理论依据。v关键词：计算流体力学；水动力性能；动网格；尾鳍69【Abstract】Accordingtohydro@namics，0hydrodynamicmodelofthebioniccaudalisestab一2lished，andthentheinfluenceonthecharacteristicofhydrodynamicscausedbythechangingofthemaxi-Vmumattackangleandthephasediferenceofheavingandpitchingisfurt

4、herdiscussedbyusing￡胁一55namicmeshtechniqueofFluent．Theresultsshowthattheparametersarediferentwhenthefishescapes99orcruises．Besides，whenthephasediferenceisfixed，itiseasyrefishtochangetheposturebetweenthetwokinds．Theseprovide。theoreticalbasisrfurtherdiscussinghowthefishfthediferentswimming

5、posturesanddevelopingnewefficientfish—likerobots．69Keywords：Computationalfluiddynamics；Hydrodynamicperformance；Dynamicmesh；Cau-?0dalfin℃●<>●<>●<>●<>●<>●◇●<>●◇●<>●<>●<>●◇●0●◇●<>●◇●<>●<>●<>●◇●◇●<>●◇●◇●◇●◇●<>●<>·<>·◇●◇●◇●<>●<>●<>●<>·(二>·(>●中图分类号：TH16，TV131．2，O35文献标识码：A1引言式中：一频率，rad／s。绕z轴摆动的

6、角位移可表示为：=水下推进器在海洋环境研究，资源探测等民用领域，及海洋一sinw(t—At)(2)式中：—摆动幅值，。；At一摆动落后于平动的时间，S。军事领域有着广阔的应用前景和巨大的潜在价值_1l。经过进化，鱼类采用的尾鳍推进模式具有的高机动性和高效率是目前任何推进系统所无法比拟的BI。但对其水动力特性的研究至今仍没有统一完善的结论。Taylor~31(1959)建立了研究鱼类游动的“抗力水动力学模型”。Wu(1961)／41首先提出了“二维波板理论”，Lightillts(1969—1971)提出了用于分析科方式游动的“细长体理论”。Weihst61(1972)基

7、于细图1尾鳍运动参数长体理论讨论了鱼的转弯和快速起动问题。这里着重对流线型尾2．2影响尾鳍水动力性能的主要运动参数鳍的最大击水角度以及摆动与平动相位差两个主要运动参数进由上述模型可知，尾鳍绕轴的往复摆动落后于平动△f时行仿真研究，通过对比分析，确定出了较为高效的运动参数。为进间，即摆动与平动的相位差~=-wAt。这是尾鳍的一个重要的运动一步探讨防尾鳍推进器的推进机制提供理论指导。参数。另一重要的运动参数即最大击水角度一，一定义为：尾2尾鳍运动特性分析鳍经过平衡位置时，推进波的切线方向与尾鳍对称轴的夹角，一体现了尾鳍击水动作的强度，一越大，