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仿生推进装置翼盘变速运动的数值仿真与试验研究

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实验力学 2013年第2期28卷 207-212页

作者：郭劭琰吕建刚白向华戴福隆高飞军械工程学院车辆与电气工程系石家庄050003 清华大学工程力学系北京100081

根据水母游动原理扩展设计了一种仿生推进装置,该装置以曲柄滑块机构驱动剪式结构串联体、两端仿生合页式翼盘,实现大行程直线往复运动的仿生推进。在数值分析的基础上,根据仿生推进装置运动的特点,运用直线位移与拉压力传感器,对翼盘... 详细信息

根据水母游动原理扩展设计了一种仿生推进装置,该装置以曲柄滑块机构驱动剪式结构串联体、两端仿生合页式翼盘,实现大行程直线往复运动的仿生推进。在数值分析的基础上,根据仿生推进装置运动的特点,运用直线位移与拉压力传感器,对翼盘在水中运动时的推进力及运动位移进行测试和数据采集。考虑运动过程中翼盘速度变化,运用FLUENT软件对不同张角的翼盘产生的推进力进行数值仿真。通过仿真与试验分析,并以推进力最大化为原则,确定了翼盘最大张角为160°,推进力仿真值与实际测试值基本吻合,初步验证了所提出仿真方法准确性。

关键词：静态测试计算流体力学仿生推进数值仿真

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仿生推进装置翼盘变速运动的数值模拟研究

机械传动 2011年第11期35卷 63-65,70页

作者：张晓涛郭劭琰宋彬腾飞吕建刚军械工程学院火炮工程系河北石家庄050003

根据仿生推进装置运动的特点,考虑推进翼盘推进过程中运动速度的变化,运用FLUENT软件,通过自定义非定常入口边界实现推进翼盘在变速运动中的三维流场数值模拟,得到了速度、压强、阻力等流场参数。绘制出不同驱动速度下翼盘的推进力曲线... 详细信息

根据仿生推进装置运动的特点,考虑推进翼盘推进过程中运动速度的变化,运用FLUENT软件,通过自定义非定常入口边界实现推进翼盘在变速运动中的三维流场数值模拟,得到了速度、压强、阻力等流场参数。绘制出不同驱动速度下翼盘的推进力曲线,并分析了负推进力产生的原因。所得结论为仿生推进装置的优化提供了理论参考依据。

关键词：仿生推进曲柄滑块机构计算流体力学 UDF

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多自由度仿生推进系统的CPG控制

实验力学 2016年第4期31卷 440-450页

作者：王彤高东奇张世武秦丰华中国科学技术大学工程科学学院合肥230026

为了提高航行稳定性和机动性而设计的四尾鳍组合推进水下航行器,尾鳍运动自由度众多且相互耦合,稳定且快速的控制方案对提高航行器的整体性能至关重要。本文根据尾鳍运动特点,建立了中枢模式发生器(CPG)模型,协调控制8个驱动舵机,实现... 详细信息

为了提高航行稳定性和机动性而设计的四尾鳍组合推进水下航行器,尾鳍运动自由度众多且相互耦合,稳定且快速的控制方案对提高航行器的整体性能至关重要。本文根据尾鳍运动特点,建立了中枢模式发生器(CPG)模型,协调控制8个驱动舵机,实现巡游、倒退、偏航、俯仰等各种航行状态下尾鳍的组合运动;通过陀螺仪监测航行器的偏航角与俯仰角,形成反馈信号引入CPG模型,对尾鳍运动进行反馈控制,进一步提高了航行稳定性。

关键词：中枢模式发生器仿生推进水下航行器反馈控制

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基于连杆机构综合的水下仿生推进装置设计

中国海洋大学学报（自然科学版） 2018年第11期48卷 119-124页

作者：常宗瑜王吉亮杨晓光方亚明中国海洋大学工程学院山东青岛266100 山东省海洋工程重点实验室山东青岛266100

海洋动物在长期的进化过程中形成了高超的游泳能力,科学家和工程师希望通过对海洋动物的运动机理分析研发新型的高性能仿生推进装置。本文利用海龟扑翼运动的机理,设计一种基于四杆机构的仿海龟推进装置,并进行了运动分析。通过对海龟... 详细信息

海洋动物在长期的进化过程中形成了高超的游泳能力,科学家和工程师希望通过对海洋动物的运动机理分析研发新型的高性能仿生推进装置。本文利用海龟扑翼运动的机理,设计一种基于四杆机构的仿海龟推进装置,并进行了运动分析。通过对海龟的扑翼运动进行分析,获取了海龟水翼在游动过程中的运动规律;运用机构综合的轨迹创成和刚体导引方法,设计了四连杆机构,使固连在连杆上的翼片能够近似实现海龟水翼的运动轨迹和姿态。文中计算了该机构的运动轨迹、姿态和角速度等运动参数,进行了机构的运动学仿真,该研究对于仿海龟推进装置设计和分析有借鉴意义。

关键词：水翼运动机构综合仿生推进运动学分析

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一种仿生推进装置研究

机械传动 2011年第7期35卷 48-51页

作者：张晓涛吕建刚郭劭琰宋彬腾飞军械工程学院火炮工程系河北石家庄050003

基于对水母游动方式的研究及扩展,提出一种仿生推进装置,该装置以曲柄滑块机构驱动剪式单元串联机构,实现大行程直线往复运动的仿生推进。采用虚拟样机技术对仿生推进装置整体机构进行了建模和运动仿真,验证了机构设计的合理性和功能实... 详细信息

基于对水母游动方式的研究及扩展,提出一种仿生推进装置,该装置以曲柄滑块机构驱动剪式单元串联机构,实现大行程直线往复运动的仿生推进。采用虚拟样机技术对仿生推进装置整体机构进行了建模和运动仿真,验证了机构设计的合理性和功能实现的正确性。在实验室环境下,设计和制作出了仿生推进装置试验样机并进行了试验。

关键词：水母仿生推进剪式单元

水下滑翔机高效滑翔及仿生推进水动力学特性研究

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水下滑翔机高效滑翔及仿生推进水动力学特性研究

作者：李永成中国舰船研究院

学位级别：硕士

水下滑翔机是近年来诞生的一种新型水下运载器,具有长航程、低成本和高续航力等优点。作为近年来新兴的自主式水下潜航器,水下滑翔机在国际上仅有少数几家研究机构具备生产能力,其研究和开发正处于国际海洋技术研究的前沿。然而除了上... 详细信息

水下滑翔机是近年来诞生的一种新型水下运载器,具有长航程、低成本和高续航力等优点。作为近年来新兴的自主式水下潜航器,水下滑翔机在国际上仅有少数几家研究机构具备生产能力,其研究和开发正处于国际海洋技术研究的前沿。然而除了上述优点,滑翔机自身也存在一些问题亟待解决。首先由于受到机体尺寸的限制,滑翔机唯一能量来源的电池块容量不可能无限扩大,因此其航程和续航力必将受到限制;此外,滑翔机在滑翔过程中一旦遭遇洋流速度大于前进速度,滑翔机便会偏离预定航线,变得“随波逐流”从而无法完成预期任务。鉴于此,本论文在充分借鉴国内外运载器最新研究成果的基础上,将水下滑翔机加入高效滑翔及仿生推进的设计理念。力求为解决上述问题提供一些新思路。本论文主要工作如下:水下滑翔机高效滑翔的水动力学特性研究。在传统水下滑翔机设计上引入高效滑翔的设计理念,希望可以在有限的能量供应基础上提高滑翔效率从而增大航程和续航力。首先在对典型滑翔机性能分析的基础上设计出了水动力性能优良的新型滑翔机外形作为后续计算的基本模型;其次,提出新的目标函数用以对滑翔机的水动力特性进行客观准确地评价;紧接着,引入可转动机翼的概念设想,希望在不同滑翔姿态下,机翼与机体可以采取不同交角以提高滑翔效率。通过计算水下滑翔机在各种姿态(重点在机翼不同安放角)下的水动力系数,分析水下滑翔机流场的流动结构,探索水下滑翔机高效滑翔的水动力学机理。水下滑翔机仿生推进的水动力学特性研究。本部分在传统水下滑翔机设计上加入仿生推进的设计理念,希望借助机翼的运动来增加滑翔机的滑翔速度,从而解决传统滑翔机易“随波逐流”的问题。本部分工作主要分为两部分,即探讨机翼分别采取拍动运动和波动运动两种不同方式运动时对推进性能的影响。以优化的浸没边界法为基础结合N-S方程,采用自编程序对水下滑翔机仿生推进进行数值模拟研究,分析机翼运动参数,如幅值、频率、升沉俯仰相位差、波长等对推进性能的影响。通过自定义的推进效率以及对机翼后方的尾涡流场结构分析确立了不同预期前进速度下的最佳运动参数,从而为以后仿生潜器的研究设计提供理论指导。

关键词：水下滑翔机高效滑翔仿生推进浸没边界法数值模拟

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仿生推进与操纵系统方案设计与运动仿真

计算机仿真 2004年第11期21卷 89-91,124页

作者：王志东秦允海周林慧华东船舶工业学院船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

以金枪鱼为原型对仿生推进与操纵系统的运动机理进行的详细分析 ,给出了三节点摆动翼的数学描述 ,在AutoCAD中对金枪鱼的外型进行简化 ,完成了系统的方案设计并给出了尾部结构图 ,利用VB语言编制了模仿鱼类尾部游动的仿真软件 ,只需改... 详细信息

以金枪鱼为原型对仿生推进与操纵系统的运动机理进行的详细分析 ,给出了三节点摆动翼的数学描述 ,在AutoCAD中对金枪鱼的外型进行简化 ,完成了系统的方案设计并给出了尾部结构图 ,利用VB语言编制了模仿鱼类尾部游动的仿真软件 ,只需改变模型中的各项控制参数即可模拟系统尾部各节的运动状态 ,文中给出了四种典型运动状态下的仿真结果。

关键词：鱼仿生推进运动仿真

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水下航行体应用鱼类仿生推进技术的试验研究

中国舰船研究 2007年第6期2卷 16-23页

作者：敬军胡刚义许建杨晔尹协振中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 中国科学技术大学力学和机械工程系安徽合肥230026

水下仿生推进技术将是水下航行体推进技术的革命,这种推进方式是仿生学和水下航行体推进结合的产物,突破了传统的螺旋桨推进理论。初步研究了水下航行体仿生推进技术,以及波状摆动推进中C形起动模式使用不同形状尾鳍的流场结构及动力性... 详细信息

水下仿生推进技术将是水下航行体推进技术的革命,这种推进方式是仿生学和水下航行体推进结合的产物,突破了传统的螺旋桨推进理论。初步研究了水下航行体仿生推进技术,以及波状摆动推进中C形起动模式使用不同形状尾鳍的流场结构及动力性能。一般可以将尾鳍形状划分为对称与不对称两大类,选择矩形和三角形作为这两类尾鳍的代表,对其进行了流动显示以及力矩和力测量。研究发现,两种尾鳍模型具有截然不同的流场结构:矩形会在翼尖处产生一个主涡环,而三角形会在尖角上下出现两个涡环。不同的尾迹流场结构有着不同的动力学效果。据此对比分析了不同形状的尾鳍在波状摆动推进中各自的优缺点,在此基础上进一步分析了尾鳍形状在实际工程中的应用。

关键词：水下推进技术仿生推进鱼类 C形起动尾鳍形状流场结构

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无人潜航器仿生推进技术专利分析

无人系统技术 2019年第2期2卷 52-59页

作者：张鸣宇李峰周鹏北京海鹰科技情报研究所

针对无人潜航器仿生推进技术的全球专利,结合科技文献等其他信息,分析主要国家该领域专利的申请态势、技术领域、专利布局、研发机构等内容,从专利的视角分析了无人潜航器仿生推进技术的发展,以期为相关机构提供参考。结果显示该领域处... 详细信息

针对无人潜航器仿生推进技术的全球专利,结合科技文献等其他信息,分析主要国家该领域专利的申请态势、技术领域、专利布局、研发机构等内容,从专利的视角分析了无人潜航器仿生推进技术的发展,以期为相关机构提供参考。结果显示该领域处于快速发展期,专利数量增长迅速,中国申请人的专利数量较多,但专利质量同美国、日本存在差距。且美、日等国已在中国进行了专利布局,而中国申请人缺少国外布局。高校与科研机构应重视柔性驱动技术与智能材料应用的研究,提前进行专利布局,扩大无人潜航器仿生推进技术研发的产学研合作,弥补同发达国家的产业化差距。

关键词：无人潜航器仿生推进柔性驱动机器鱼仿鱼机器人专利分析专利申请专利布局