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摘要
鱼类以其高效灵活的游泳能力成为生物学家与仿生学研究者长期以来的重要研究对象。研究选取以尾鳍推进游泳方式的鱼类为研究对象，构建仿生鱼几何模型与运动控制模型，利用计算流体力学方法(computational fluid dynamics, CFD)结合动网格技术，对其游泳行为进行数值模拟，研究分析其尾鳍摆动的推进机理，并在此基础上通过改变尾拍频率、摆动幅值、鱼体体波波长及鱼体体型等参数，结合鱼类的突进运动、游泳方式及体型进化等生物学特性探究不同参数对鱼类游泳能力的影响规律。研究结果表明：鱼类尾鳍摆动时尾部流场中形成的反卡门涡街是推进力的主要成因；尾拍频率和摆动幅值的增加，可使鱼类在短时间内获得较高的突进速度；当λ=0.75 L,a(x)max=0.1,为获得1.0 L/s的游泳速度，尾拍频率需达到2 Hz左右；鱼体摆动时体波波长(λ)的改变将引起游泳方式的变化，当λ达到0.75 L左右，鱼体可以以0.5 L/s的速度向前游动，且推进力随体波波长增加逐渐增大；细长体型鱼类相比头大身小体型鱼类游动时产生的压差阻力小，因此，在相同的尾鳍推进模式下能够获得更大的推力。本文的研究结果可以为仿生鱼水下航行器的快速性优化设计提供一定的参考。
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