4.5仿生鱼尾鳍水动力学分析41

4.6本章小结-43

结论44

致谢46

参考文献-46

第一章 绪论

1.1 概述

领海的概念正逐渐改变着中国人9600000平方公里的领土观念，蓝色领土问题已经上升到国家战略层面，各种邻国间的海事纠纷不断发生。如今土地资源逐渐枯竭，想要有更多的贮备资源，就必须对海洋资源进行跟深层次的开发，所以海洋开发的相关技术显得极其重要，水下机器仿生鱼技术作为一种重要的海洋相关技术在20世纪90年代以来得到了迅速发展。

大多数当前的水中航行器使用传统的螺旋桨推进，它们的尺寸大、重量大、噪声大、耗能高、效率低。有关资料显示，一艘普通的运输船在运输中，有60%的能量被用于主机中，只有40%—50%的能量用于螺旋桨的转动和克服船受到的阻力使船前进。所以，为了推进效率的提升，各个国家都在研究新的不同于现今的螺旋桨的的各种推进装置。

虽然水下无人机器已经发展到高级阶段,但是在提高机器推进效率和操控性方面实验进展很小。虽然近几年传统水下航行机器进行了改进，但还是在操控性能方面有根本上的局限性，特别是当要达到一个回转圈的动作时,需要的回转半径是体长的几倍,这使得机器在低速时操控性能极差。

另一方面,水中生活的鱼经过长时间的进化,已将水中灵活行动的技能展现的淋漓尽致。鱼类可以在快速游动中实现转向并且不降低游动速度，而且转向半径小于自身体长的1/3。鱼类的游动具有灵活、高效、低噪、高速等特点,其水下行动的能力是目前任何潜器都无法超越的，若将此研究用于水下潜器，那它将为水下无人潜器领域的发展提供更为广阔的前景。现代的水下无人潜器大都要求具有长时定位、长途运载、在接近目标后的灵活运动、自由游动且不必浮上水面进行能量补给，来完成交接和跟踪。实验表明，要达到这些目的，采用仿生鱼推进装置将得到极大的优势。从结构上来看，仿生鱼推进装置结构比现今的螺旋桨结构简单，且加工成本低，因此，开发研究仿生鱼推进装置具有非常重大的意义。

1.2 仿生鱼研究发展概况

人类最早从二十世纪三十年代开始研究鱼类的游动原理。较为深入的研究是在最近的十五年内，而且国外的研究要比国内更为深入。

1.2.1 国外研究发展概况

1.2.2 国内研究发展概况

1.3 课题的内容及意义

1.3.1 课题内容:

仿生鱼尾鳍比传统螺旋桨推进装置突出的优点:㈠资源利用率高.研究表明, 仿生鱼尾鳍推进装置的效率比传统的螺旋桨推进装置的效率提高了35%-95%。所以，仿生鱼尾鳍推进装置可以很大程度上的节省资源，提高水中工作的时间。㈡完善流体性能。㈢能提高水下运动装置的性能。尾摆仿生推进装置能提高机器在水中的游动及转向性能。㈣噪音小。仿生鱼推进装置运行时噪音小，不易被察觉，有很高的军事价值。㈤驱动方式多样。有机械驱动、混合驱动、液压驱动、形状记忆合金驱动、人造合成肌肉驱动、气压驱动以及压电瓷驱动。源'自^优尔;文,论`文'网]www.youerw.com

对以上特点对课题展开以下工作: ㈠对尾摆仿生推进中的往复运动机构进行方案设计，优化设计方案，确定转换机构类型；㈡完成往复运动机构的结构设计；㈢绘制往复运动机构的装配图，并在三维软件进行三维造型，进一步进行运动仿真；

1.3.2课题意义:

水下航行体基于MEMS技术，拟人化的特点，能代替人完成光机电一体化系统的任务。它的长度通常是在几十厘米的范围内，十几个或几十公斤重量或者更少，因为体积小，噪声低，容易接近目标并且不容易被发现，适用于沿海水域，狭窄或浅水海域执行一些特殊的任务。此外，它的成本低，易于建造运输方便。该项目的研究是基于仿生学原理，旨在探讨非传统矢量推进航海技术提高小型航行体的推进效率，改变了航行体的推进方式，使微型和小型航行体在稳态条件下运动，并节约能源，减少噪音，提高推进效率。近几年国内外许多机构开始纷纷投入研究仿生鱼，并且该项技术将在以下领域得到应用：环境监测、军事侦察、军事应用领域、管道检测、海洋生物观察、海底勘探及海洋救捞和娱乐方面等。