一种柔性胸鳍仿生鱼的初步设计和开发.pdf

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1、第36卷第3期上海船舶运输科学研究所学报Vo1．36No．32013年9月JOURNAIOFSHANGHAISHIPANDSHIPPINGRESEARCHINSTITUTESep．2013文章编号：1674—5949(2013)03—003007一种柔性胸鳍仿生鱼的初步设计和开发李毅，张富军，陆震龙中海工业(江苏)有限公司，江苏扬州225200摘要：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T程应用价值。关键词：柔性；摆动；仿生鱼中图分类号：U6

2、6l_31文献标志码：APreliminaryDevelopmentofaBionicFishwithSoftPectoralFinsLY／．ZhangFujun．LuZhenlongChinaShippingIndustry(Jiangsu)Co．，Ltd，Yangzhou，Jiangsu225200，ChinaAbstract：Abionicfishpropelledbywagglingsoftpectoralfinsisdeveloped．Thefinsareusedforhorizontalmaneuveringaswellaspropulsion．Thebionicfishpos

3、sessesadvantagesofhighefficiency，goodmaneuverabiljty，lownoise，andsmalldisturhancetOtheenvironment，andcanbeofcertainvalueforengineeringapplication．Keywords：soft；waggle；bionicfish0引言目前，人类正面临能源短缺的现状，开发一种新型、节能、高效、环保的推进器具有一定的T程应用价值。研究表明，仿鱼鳍推进器较螺旋桨推进器在某些方面有明显的优势。(1)能源利用率高；(2)使流体性能更加完善；(3)提高水下运动装置的机动性能；(

4、4)可降低噪音和保护环境；(5)实现了推进器与舵的统一。仿鱼鳍推进器的应用将改变目前螺旋桨推进器与舵机系统分开、功能单一、结构庞大、机构复杂的情况，实现桨一舵功能合二为一，从而可精简结构和系统，简化制造T艺，并降低成本和造价；(6)可采用多种驱动方式。对于应用于船舶、游艇等方面的仿鱼鳍推进器可采用机械驱动，也呵采用液压驱动和气压驱动，以及混合驱动方式；对于微小型水下运动装置，可采用形状记忆合金、人造合成肌肉以及压电陶瓷等多种驱动元件。介绍一种以柔性摆动的胸鳍作为动力推进系统的仿生鱼的设计开发，未来将以该仿生机器鱼为母型，升发具有效率高、机动性好、噪音低、对环境扰动小、能利用柔性胸鳍摆动方式

5、实现推进及水平面内机动运动、收稿日期：2013—03—18作者简介：李毅(1988)，男，山东烟台人，助理工程师，主要从事船舶技术T艺工作。李毅，等：一种柔性胸鳍仿生鱼的初步设计和开发35图10方案3控制电路图4相关实验数据4．1重量计算机器鱼总重量是机器鱼各项重量的总和。若已知各个项目的重量w，可以求得机器鱼的总重量(见表2)。w—wl十w2+w。+⋯+w一∑w(2)i1式(2)中：为组成机器鱼总重量的各个重量的数目。表2重量计算表组成部分体积(cm3)数目材料密度(×10一。kg／cm。)重量W(kg)IⅡⅢⅣVⅥ外壳1446．111玻璃钢1．82．603水密舱(含电机和减速齿轮箱)1

6、5O．2324．814胸鳍4282硬硅胶1．28500．554连杆机构234．6652聚乙烯板材10．4693托架576．632优质合金钢很小忽略不计∑8．43634．2重心计算若已知各项重量的重心位置(坐标值为z、Y、)，则可求得机器鱼的重心位置(z。、Y。、z。)(见表3)。∑叫zz。_1XG—一∑叫∑u，YG一生(3)∑￡一1∑7A)zi_1zG一—一∑叫4．3水槽实验数据柔性胸鳍鱼静水中航速约为0．35m／s，胸鳍摆动频率为1．2～l_5Hz，鱼体回转半径为40cm(0．5倍体长)，蓄电池满电状态下，续航0．6h；刚性胸鳍(面积相同的玻璃钢鱼鳍)鱼静水中航速约为0．25m／s，胸鳍

7、摆动频率为0．9～1．1Hz，鱼体回转半径为60cm(0．75倍体长)，蓄电池满电状态下，续航0．5h。36上海船舶运输科学研究所学报2o13年第3期表3重心位置计算表组成部分重量(kg)质心矗(cm)质心弘(cm)质心(cm)Ⅲ2t?(kg·cm)Ze-'iy(kg·cm)zt,(kg·cm)IⅡⅢⅣVⅥⅧⅧ外壳2．603—3．37O0—8．772OO水密舱4．81413．70O一4．3765．952O一21．037胸