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浙江大学学报（工学版） 2019年第5期53卷 872-879页

作者：云忠温猛蒋毅陈龙冯龙飞中南大学机电工程学院湖南长沙410083

为了提高水下无人航行器推进系统效率,设计仿生蝠鲼胸鳍摆动推进机构及其摆动形式.在研究蝠鲼胸鳍运动机理的基础上,设计摆动幅值与急回系数相互解耦的曲轴联合曲柄摆杆机构,以实现仿生胸鳍的特定摆动形式.推导并建立仿生胸鳍的鳍面运... 详细信息

为了提高水下无人航行器推进系统效率,设计仿生蝠鲼胸鳍摆动推进机构及其摆动形式.在研究蝠鲼胸鳍运动机理的基础上,设计摆动幅值与急回系数相互解耦的曲轴联合曲柄摆杆机构,以实现仿生胸鳍的特定摆动形式.推导并建立仿生胸鳍的鳍面运动方程,利用数值仿真分析单侧胸鳍在该摆动形式下的水动力特性,根据设定的推进性能评价指标说明该摆动形式相对正弦摆动形式的优越性.通过实验验证装置的前进、转向等运动性能,分析胸鳍摆动幅值、频率与运动速度的关系.结果表明,在特定的摆动形式下,该仿生胸鳍摆动推进机构能够实现水下无人航行器的前进、转向等预定运动,满足基本推进要求.

关键词：仿生蝠鲼胸鳍摆动推进数值仿真性能分析 Fluent

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基于SolidWorks和Adams仿生蝠鲼机器鱼的设计与研究

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河北农机 2022年第4期 42-44页

作者：孔宇青岛大学机电工程学院

本文通过SolidWorks建立蝠鲼胸鳍、鱼体、尾鳍等主要部件的三维模型,运用Ansys-Workbench进行有限元分析,通过模拟计算得到海水流过各表面的压力分布,分析产生的升力、阻力,满足设计要求。将所建模型导入Adams软件,通过实验验证机器鱼... 详细信息

本文通过SolidWorks建立蝠鲼胸鳍、鱼体、尾鳍等主要部件的三维模型,运用Ansys-Workbench进行有限元分析,通过模拟计算得到海水流过各表面的压力分布,分析产生的升力、阻力,满足设计要求。将所建模型导入Adams软件,通过实验验证机器鱼能保持正确姿态,具有灵活性、低扰动性等性能,并进行结构设计制造和实体装配。其功能还具有上浮下沉、加速推进、灯光照明、录像实时传输等,拥有很大的发展潜力与广阔的应用前景。

关键词：仿生蝠鲼水下机器鱼结构设计 Adams仿真分析

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SMA驱动的仿生蝠鲼设计及其实验研究

SMA驱动的仿生蝠鲼设计及其实验研究

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作者：陈志远哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

仿生机器鱼结合了仿生学与机器人学,具有很大的研究前景和应用价值,可以为人类提供很大的帮助。仿生机器鱼的推进方式有两大类:尾鳍推进和胸鳍推进,前者游动速度快,后者运动平稳。这两者各有各的优缺点,可以根据性能需求进行选择。关于... 详细信息

仿生机器鱼结合了仿生学与机器人学,具有很大的研究前景和应用价值,可以为人类提供很大的帮助。仿生机器鱼的推进方式有两大类:尾鳍推进和胸鳍推进,前者游动速度快,后者运动平稳。这两者各有各的优缺点,可以根据性能需求进行选择。关于仿生机器鱼的驱动问题,目前最多的是采用电机驱动,但这种方式最大的两大弊端就是有噪音,并且不够柔性,所以越来越多的学者开始合理运用智能驱动材料,本文采用的是SMA,它是众多智能材料最适合本文的驱动材料,具有输出力大,所需电压小,反应时间短等优点。本文首先以蝠鲼作为仿生的对象,根据其特殊的形态和运动机理设计了一种由SMA丝驱动的仿生蝠鲼,对外形结构和内部驱动结构都进行了设计,针对仿生胸鳍的驱动特性进行理论建模,得到了SMA丝的温度和仿生胸鳍的摆动角度关于电流的变化曲线,为控制和实验提供了理论基础。为了更直观的了解胸鳍的推进方式,本文针对仿生胸鳍进行了仿真分析,利用FLUENT软件进行三维摆动仿真,利用动网格技术,结合自主编写的UDF程序,得到了胸鳍摆动过程的压力图,并且得到了推力,升力曲线。分析比较了摆动幅度,摆动频率,来流速度等参数对水动力的影响,对胸鳍的推进性能有了更加深刻的认识。最后,基于理论与仿真分析,设计了控制系统,制作出了实物样机,进行了实验测试。先是摆动角度测试,与理论分析相对比,验证了正确性,然后是游动测试,分析了产生误差的原因,并且得到了本样机所能达到的最大速度为27.3mm/s,最大的转弯角速度为12.5°/s和最小的转弯半径0.26m。

关键词： SMA 仿生蝠鲼推进性能水动力

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基于记忆合金驱动的仿生蝠鲼及其控制系统设计

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中国新通信 2019年第5期21卷 218-220页

作者：浮浩沂北京理工大学附属中学

水下探测技术是二十一世纪国家走向海洋强国的基础之一,而传统的推进技术由于污染噪声等原因在一些特定场合并不适合使用。本文结合对记忆合金的了解,从对形状记忆合金特性等角度作出分析,并设计了仿生蝠鲼的结构,在此基础上,结合常用的... 详细信息

水下探测技术是二十一世纪国家走向海洋强国的基础之一,而传统的推进技术由于污染噪声等原因在一些特定场合并不适合使用。本文结合对记忆合金的了解,从对形状记忆合金特性等角度作出分析,并设计了仿生蝠鲼的结构,在此基础上,结合常用的555定时器进行了控制电路设计分析,为后续进一步实际应用奠定技术基础。

关键词：记忆合金仿生蝠鲼控制系统 555定时器

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蝠鲼式长续航无人航行器的构型设计及能量捕获效能研究

蝠鲼式长续航无人航行器的构型设计及能量捕获效能研究

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作者：王佳茂海南大学

学位级别：硕士

无人潜航器(UUV)作为探测海洋的重要装备活动自由、工作范围广、航行阻力小、作业功能丰富、制造成本低、振动噪音小、能够实现水下环境的动态监测,受到各国研究者的重视。但目前的航行器设备,大多采用锂电池、铅蓄电池等作为能源提供动... 详细信息

无人潜航器(UUV)作为探测海洋的重要装备活动自由、工作范围广、航行阻力小、作业功能丰富、制造成本低、振动噪音小、能够实现水下环境的动态监测,受到各国研究者的重视。但目前的航行器设备,大多采用锂电池、铅蓄电池等作为能源提供动力,在航行器内配置有众多耗能的功能模块,储能电池提供的有限能量大大制约了航行器的工作时间与工作范围。较短的工作时间使得人们不得不频繁去海上更换航行器电池,这加重了工作人员的负担,极大降低了工作效率。将波浪能量转换装置应用到航行器上,在待机状态或电池能源不足时漂浮于海面,通过波浪能发电装置为航行器补充能量,实现航行器在海上长时间工作,同时减轻使用者的负担,并提高航行器的隐蔽性。本文采用理论分析、数值模拟和模型仿真相结合的方法,围绕仿生蝠鲼型无人潜航器构型设计及波浪能捕获性能进行系统深入的研究。本论文首先对国内外关于仿生蝠鲼的研究现状进行综述,深入探讨了仿生蝠鲼的运动原理和外形特征。阐明了目前各种波浪能转换装置的发电原理及工作状态,针对仿生蝠鲼涉及的多模块浮体运动进行分析,对多模块浮体在波浪中的水动力及运动理论的研究现状进行了简述。对仿生蝠鲼无人航行器的外型进行设计分析,建立了物理模型,并研究了基于三维势流理论的水动力理论。通过对仿生蝠鲼无人航行器的运动形式和波浪能捕获装置结构开展分析,确定了蝠鲼式无人航行器的构型方案,并开展了长续航功能的可行性分析。展开了构型的详细设计,并分析了无人航行器的运动机构和能量捕获装置,同时给出了航行的自主运动模式。最后基于模型波浪能捕获原理和多模块运动理论,对多模块UUV模型展开了水动力性能仿真分析,且通过三维频域方法评估了模型最佳工作环境频率。然后基于时域分析模型探究了能量捕获的最优条件,构建了波浪能量捕获计算模型。进而采用波浪能转换理论研究了装置的波浪能捕获量,并开展了无人航行器长续航功能的可行性分析。对波浪能转换装置而言,本结构的能量转换效率较低,但在航行器角度来看,捕获的能量能够基本满足航行器工作需求;在初步计算中,装置的能量捕获功率能过够达到927W,基于航行器的功耗考虑,能够实现航行器有效工作时间占比的63.1%。结果表明,提出的蝠鲼式多模块无人潜航器的运动方程及其能量捕获方法能够有效地分析波浪能捕获特性,蝠鲼式无人航行器能够满足海上长续航工作需求。

关键词：仿生蝠鲼无人航行器水动力多模块液压发电

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仿蝠鲼柔性潜水器翼型流场性能分析

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数字海洋与水下攻防 2020年第3期3卷 265-270页

作者：邢城潘光黄桥高西北工业大学航海学院无人水下运载技术工信部重点实验室

因为蝠鲼在运动时具有低噪声,机动性能好等优点,以蝠鲼作为仿生对象,结合动态网格技术,通过对仿生蝠鲼的外形轮廓中某一截面进行流体动力分析,研究该截面轮廓在大变形情况下,不同频率、不同波长对周围流场特性的影响。仿真计算结果表明... 详细信息

因为蝠鲼在运动时具有低噪声,机动性能好等优点,以蝠鲼作为仿生对象,结合动态网格技术,通过对仿生蝠鲼的外形轮廓中某一截面进行流体动力分析,研究该截面轮廓在大变形情况下,不同频率、不同波长对周围流场特性的影响。仿真计算结果表明,在波长一定时,随着频率的升高,升力系数波动幅度变大,推力增大。在频率一定时,随着波长的增加,升力系数波动幅度变大,推力也增大。

关键词：仿生蝠鲼柔性胸鳍动网格

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