水下观测机器人波动鳍推进器仿生设计

作     者：包海默 孔巧 宋梅萍 邓煜欣 李家家 

作者机构：广州美术学院工业设计学院 大连民族大学设计学院 

出 版 物：《机械设计》 (Journal of Machine Design)

年 卷 期：2024年第41卷第8期

页      面：165-171页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(61971082) 

主　　题：水下观测机器人 波动鳍 仿生设计 流体力学仿真 

摘      要：为改善传统螺旋桨推进器噪声大、稳定性差及破坏性强的问题，对水下观测机器人仿生波动鳍进行研究。采用边缘提取算法和CT扫描法分析并提取线翎电鳗的形态和结构特征；设计两自由度的鳍条致动单元，重建仿生波动鳍的机械结构；通过流体动力学仿真试验，对比分析波动鳍的推进机制和性能，研究了推力的影响因素。结果表明：仿生波动鳍的平均阻力为3.88 N,小于长方体波动鳍，平均速度的峰谷差值比长方体波动鳍更小；推力系数与雷诺数及波长负相关，与波幅及波频正相关；在水速为0.2 m/s,波幅为60°,波长为217.5 mm,波频为4 Hz的条件下，平均推进力最大，达14.873 N。仿线翎电鳗波动鳍相对于传统波动鳍，阻力更小，速度更稳定，其形态设计和运动规律研究对水下观测机器人的发展具有一定价值和意义。