仿生机器鱼自主游动的数值计算方法与机理

作者：冯亿坤; 苏玉民; 宿原原; 刘焕兴

来源：华中科技大学学报(自然科学版)科技大学, 2019, 47(12): 18-24.

DOI：10.13245/j.hust.191204

• 仿生机器鱼
• 自主游动
• 涡结构
• 数值模拟
• 水动力

基于计算流体力学(CFD)方法建立了鱼体-流体耦合的三自由度(3-DoF)自主游动计算模型,对仿生金枪鱼模型从静止开始到稳定巡游的过程进行了模拟.计算结果表明:在巡游阶段前进速度的周期平均值非零,而侧向速度和艏摇角速度的周期平均值为零.鱼体前部始终产生阻力,鱼体后部在巡游阶段能够产生少量的推力,而尾鳍始终产生较大的推力.鱼体表面压力分布表明在尾鳍前缘的左右两侧,周期性地交替出现高压和低压区是尾鳍产生较大推力的原因.在加速阶段尾鳍的脱落涡强度大,一个周期脱落的两个涡相互挤压在一起;在巡游阶段鱼体产生的涡和尾鳍产生的涡融合在一起脱落到尾流中,形成反卡门涡街,使得尾鳍有效地吸收鱼体产生的涡中的能量,减少功率消耗.

• 单位
  北京特种机械研究所; 哈尔滨工程大学