机器鱼多鳍协同推进加速——滑行行为数值模拟

摘要

针对仿生机器鱼的自主推进问题,基于计算流体力学(CFD),实现了含有分离式的3自由度胸鳍与柔性尾鳍仿生机器鱼的自主推进数值模拟,并且分析了其在静水中直游的水动力性能与游动机理。该仿生机器鱼通过柔性波动的尾鳍与一对刚性摆动的胸鳍协同作用,使鱼体在流场中直线游动,其中胸鳍通过重新刻画的摆动曲线运动,尾鳍采用特定运动规律波动。分析不同占空比下机器鱼自主推进过程中的鱼体游动性能、水动力性能、流场的速度矢量、压力云图与三维涡结构。结果表明:胸尾鳍在推进过程中周期性的产生射流与漩涡共同推动了机器鱼的自主游动;胸尾鳍两侧在摆动时都伴随着较大压差,高压涡向后脱落为前进方向提供推力;推进过程中流场周围产生了较为复杂的涡结构,其中胸鳍产生的涡逐渐脱落,融合到尾鳍尾涡中,加强了推力;占空比越小,推力系数的峰值越大,推进效果越好,但功率消耗也增大。