线翎电鳗仿生鳍水动特性研究与试验测试

摘要

以线翎电鳗为仿生对象,设计一款鳍条驱动的波动长鳍,建立其运动学模型,采用SST k-ω湍流模型对三维非定常不可压缩流体的N-S方程进行求解,研究波动鳍的水动特性并分析波动鳍摆动角度、摆动频率等运动参数对波动鳍推进性能的影响。针对波动鳍需要经常贴近水底工作的情况,研究波动鳍与底面距离的变化对推进性能的影响。研究表明:在波动鳍运动时,鳍面两侧形成较为明显的反卡门涡街,从而在波动鳍的尾部形成一股射流,产生向前的推力;波动鳍的推力和横向力都随着摆动角度、摆动频率的增加而增加,但在一个时间周期内,推力的波动次数大约是横向力的2倍;波动鳍与底面距离的变化对波动鳍的推力影响很小,但当波动鳍与底面距离小于波动鳍宽度的1/5时,波动鳍的横向力明显增大。通过试验验证了数值模拟结果的正确性与合理性,该研究可为高性能波动鳍推进器的设计提供理论依据。