仿生机器鱼快速启动的水动力性能数值模拟

作者：冯亿坤; 刘焕兴; 宿原原; 苏玉民

来源：华中科技大学学报(自然科学版)科技大学, 2020, 48(07): 33-39.

DOI：10.13245/j.hust.200706

• 仿生金枪鱼
• 计算流体力学(CFD)
• 自由游动
• 快速启动
• 数值模拟
• 水动力学
• 涡结构

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)自由游动的计算模型,对仿生金枪鱼模型的C-型快速启动进行了模拟.鱼体由静止开始,经过C-型快速启动之后,进入滑行阶段.对整个过程中鱼体的游动性能、水动力性能、流场速度矢量分布和三维涡结构进行分析.结果表明:在阶段1,鱼体后部快速地弯曲成C-型,首摇角速度ωz快速向负向(顺时针方向)增加至峰值之后缓慢减小,导致鱼体快速转向;在阶段2,鱼体后部快速地弹出C-型,首摇角速度ωz快速向正向(逆时针方向)增加至峰值之后迅速减小,同时纵向速度(Ux)快速向前进方向增加至幅值之后保持不变;在滑行阶段,鱼体以C-型启动获得的Ux向前滑行;在整个C-型启动阶段共有两个涡环产生,每个涡环产生一个射流,在阶段1产生的射流使得鱼体快速转向,在阶段2产生的射流使得鱼体快速向前滑行.

• 单位
  北京特种机械研究所; 哈尔滨工程大学