“尼罗河魔鬼”长背鳍波动包络线的提取算法

"尼罗河魔鬼"采用长背鳍波动推进方式,属于典型的奇鳍/对鳍推进鱼类.在已有的理论模型中,细长体理论(Elongated-body theory)较为适合于分析该类游动方式的推进性能.长背鳍的波动包络线方程是细长体理论的必要参数.拍摄实验样本(MPC-I)的自由游动视频,从中选取多组平稳运动图像序列,经旋转校正、零点配准、尺度归一、小波去噪等预处理后,提取了柔性长背鳍波动推进时的顶端边缘轮廓样本曲线簇,进而给出了波动包络曲线的多项式拟合方程.实验结果表明长背鳍波动包络线提取算法是有效的,根据算法所提取的长背鳍波动包络线方程为后续的推进力及推进效率的分析奠定了基础.     

仿生扭波推进模型航行试验研究

为研究长鳍扭波推进的水动力性能,在对尼罗河魔鬼鱼形体构造、游动模式研究的基础上,研制了一种仿生长鳍扭波推进航行器.该推进器能逼真地模仿尼罗河魔鬼鱼长背鳍的扭波运动模式,产生强劲的水动力.在水池中开展扭波推进模型航行试验,得到了航行速度与扭波频率的关系曲线.该曲线表明:扭波推进模型的航行速度与扭波频率成正比.提出了一种测量机器鱼鱼鳍推水功率的实验方法,实验结果表明:扭波长鳍的推水功率与扭波频率的3次方成正比.     

水下仿生推进器阀控液压摆动关节建模与动态特性分析

采用液压驱动的模拟鱼柔性长背鳍波动运动的水下仿生推进器,当改变液压系统的流量和阀的控制参数时,其运动学参数能够迅速地做相应调整,实现平稳、流畅、连续的仿生运动。建立了阀控液压摆动关节的动力学模型,根据动力学模型得到系统传递函数,并绘制了Bode图。根据传递函数分析了阀控液压摆动关节的稳定特性、动态位置刚度特性和动态响应特性。结果表明阀控液压摆动关节具有一定的自稳定性,其工作频率与影响位置刚度的负载变化频率重叠,动态响应速度可以通过优化结构参数来调整。     

“尼罗河魔鬼”柔性长鳍运动曲面建模与仿真

以"尼罗河魔鬼"柔性长背鳍的波动运动为研究对象,综合考虑影响柔性长鳍运动建模的诸因素,建立了描述柔性长鳍波动运动时动态曲面的数学模型,并根据试验观测获得的仿生对象相关数据及对运动学模型中相关要素的简化假设,对仿生对象鱼体及柔性长鳍动态曲面进行仿真计算,通过与试验观测获得的照片进行对比,表明建立的柔性长鳍运动曲面模型通过合理设置各种参数,能够较好地描述柔性长鳍的波动运动,具有较强的适应性和通用性.柔性长鳍运动学模型的建立为其动力学研究及其基于有限元方法的仿真计算奠定了数学基础.     

柔性长鳍扭波推进数学模型分析

以"尼罗河魔鬼"鱼的柔性长背鳍扭波推进模式为研究对象,通过观察活鱼的游动模式,提取影响扭波推进的运动学要素,建立了描述柔性长背鳍扭波推进时动态曲面的数学模型。研究了鳍条仰角与摆动规律对鳍面的影响。最后,用细长体理论分析并计算出推力分布。研究表明,鳍条仰角在φ=85°的情况下所形成的鳍面与垂直鳍条所形成的鳍面相比,其最大偏离值与鳍长之比为1.7%,可以用垂直于基线的鳍条制作模型;鳍条按正弦规律摆动时所形成的扭波波形鳍面与实鱼鳍面相似。     

背鳍扭波推进运动的附加转动惯量

由于背鳍扭波推进运动方式不同于鳗鲡模式鱼体横波运动,细长体理论不能直接运用于尼罗河魔鬼鱼(GNF)的长背鳍扭波推进水动力性能的计算.为此,建立了计算鳍面与流体相互作用力的附加质量方法和附加转动惯量方法.对于背鳍扭波鳍条的摆动方式,首先提出计算附加质量的分离泡模型;其次,用偏心率e接近l的扁椭圆柱代替鳍条,运用势流理论计...     

智慧岛

1.水下仿生航行器作为一种较理想的高效航行器,在国外已有30 余年的研究历史。仿生推进主要是模拟海洋中的生物(如金枪鱼、旗鱼等鱼类)的推进模式。一些航行器采用形似这些鱼类的柔性躯     

定海神针——减摇鳍

晕船是很多乘坐船舶的人感到讨厌的事情,究其原因主要足由于舰船在大风浪中航行时产生摇荡的结果。舰船的摇荡不仅令人感到不舒适,而且也影响船上人员的工作,对于军舰上的官兵而言,还会影响战斗力的发挥。事实上,舰船的剧烈摇摆是六种状态的矢量合成,即横摇、纵摇、升沉、首摇、横漂和纵漂,其中对舰船稳定航行影响最大的是横摇。然而,细心的人们会发现,在惊涛骇浪的大海里,鱼儿却能门如地游来游去。这是什么原因呢?原来,在鱼身上长着若干对平衡器——鳍,鱼的背鳍和臀鳍都能起稳定作用,防止鱼身左右摇晃。后来,对鱼的大量仿生学研究给了舰船设计师们以重要的启发:可以利用鳍的作用减小船舶在大风浪中航行时产生的摇摆,于是造就了目前世界上比较普遍采用的减摇装置——舭龙骨和减摇鳍。     

鳖—滋补佳品

鳖,亦称团鱼、甲鱼、元鱼、脚鱼,俗称“王八”。鳖为爬行纲,鳖科,用肺呼吸,两栖,属名贵鱼类。形状扁圆象蒲扇,与龟相似,头部淡青灰色,散有黑点。喉部色淡,或有蠕虫状纹,或色暗而有黄点。背甲长可达二十四厘米,宽可达十六凰米,通常橄榄色。腹面乳白色。鳖分布于我国南北许多地方,是我国的传统出口产品,它生活于河湖、池沼、水塘中。早在商周时的《周易》中就有鳖的记述,在战国时的《山海经》中还记载有“三足鳖”的神话传说。这表明,远在两三千年以前,鳖这种爬行动物就进入了我国人民的生活之中。     

仿生机器鱼运动学参数优化选择的试验方法研究

建立了仿生机器鱼在一维稳态游动时的运动学数学模型;运用遗传算法对该模型中的运动学参数如何进行优化选择和组合进行了试验研究,并提出了试验的模型和方法.该模型对于开展包括鱼雷在内的无人水下航行体的推进技术研究有较大的参考意义.     

柔性长鳍波动推进试验及分析

以依靠长背鳍推进的“尼罗河魔鬼”为研究对象,对柔性长鳍波动推进模式的运动学进行了研究。介绍了“尼罗河魔鬼”巡航游动试验的实验原理及方法,通过试验揭示了波动柔性长背鳍的形态学特征、运动特性及运动参数间的相关性,定性描述了“尼罗河魔鬼”正、逆向行进时背鳍产生波形的差异,在此基础上建立了柔性长鳍波动的运动学简化模型,利用细长体理论估算样本巡航游动时的水动力学效率大于83.12%。     

柔性长鳍仿生装置波动控制技术

以“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动运动为背景,主要研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制技术。首先研究了柔性长鳍推进波产生原理及其技术实现方案;其次,针对仿生装置的实际系统建立了鳍面运动学模型,从中提取了能够实现柔性长鳍多种波动模式的波动控制参数,并对柔性长鳍几种特定波动模式的实现方法进行了仿真研究;进一步,根据仿生装置的物理约束条件提出了控制参数的合法性判据;最后,研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制策略及其控制流程。研究结果表明柔性长鳍仿生装置通过合理设置控制参数能够模拟仿生对象的多种波动运动模式,并实现推进波的多参数控制,能够满足柔性长鳍多种波动参数下的非定常流体动力学测试的需要。     

两栖仿生机器人登陆自适应越障机构优化设计

两栖仿生机器人是一种能够同时在水下和陆地工作的无人平台,在抢险救灾、环境勘探与资源开发等领域具有广泛应用。本文提出了一种具有自适应登陆越障能力的轮鳍复合式两栖机器人,对其越障过程进行了运动学与力学分析,以其在临界越障时刻转矩为目标函数,应用遗传算法优化设计了结构与运行参数,同时与其他两栖机器人越障能力进行对比。结果表明,优化后越障所需转矩相比优化前降低了718.4 N·mm,轮鳍复合式机器人能够攀越相比自身尺寸更高的垂直障碍。模拟仿真了所设计机器人的越障过程,获得了其在平地行走、越障以及上坡推进过程中的速度、位移与力矩的变化规律,并通过实验进行了验证。     

分层流体中水平运动潜体产生的内波分析

从线性化的Euler方程和连续方程出发,采用线性自由面条件,通过傅里叶变换法研究水平运动点源在分层流体中产生的内波.利用源汇分布法分析运动潜体产生的lee波,采用稳定相法计算远场速度.计算结果表明,高模态内波的波域角小于低模态内波的波域角,内波的波域角小于Kelvin波的波域角;随航速增大lee波主要表现为散波.     

雷电回击地面水平电场的解析求解

假定大地为良导电平面 ,基于DU模型计算了雷电回击地面电磁场 ,并探讨了地面水平电场的求解。对于雷电回击水平电场的两种近似求解方法———大地表面阻抗法和斜波法 ,进行了解析推导 ,并从数学上证明了两种方法在远区场的等价法。     

波浪扰动下的小型潜射导弹出水动力学建模与仿真

运用Morison公式,提出波浪扰动作用下,考虑弹体运动与波浪耦合的导弹出水过程动力学模型,并对小型潜射导弹的出水过程进行仿真和分析。以弹体姿态变化为例,研究弹体运动与波浪间的耦合关系对波浪扰动作用的影响,分析海情等级、波浪相位、出水速度、出水姿态角等因素对导弹出水过程的影响。结果表明,考虑弹体运动与波浪间耦合关系的出水动力学模型更加准确;潜射导弹的小型性和快速出水特性有利于降低波浪对导弹出水姿态的影响;对快速出水的潜射导弹,波浪扰动分析时须考虑海情等级、出水时间和波浪相位的影响。     

基于改进 Gerstner 波的岛礁近岸波浪实时仿真?

为了实现岛礁附近波浪实时仿真，结合 Gerstner 波和水波动力学知识，提出了一种能够模拟波浪卷曲和折射绕射现象的波浪建模与绘制方法。首先，建立 Gerstner 波参数随水深变化关系，构建模拟波浪卷曲过程的几何模型；然后，定义岛礁地形对波浪传播的阻障和遮挡系数，并据此修正波浪传播的波向和波高，实现折射和绕射现象的仿真；最后，应用着色器缓存技术完成计算的硬件加速，并构建了基于视点的波浪传播多分辨率绘制策略。实验结果表明，该方法对波浪的卷曲和折射绕射现象取得了较好的仿真效果，绘制效率能够满足实时性要求。     

漂浮式微型波力发电装置传动系统的速度分析与调节

针对边防驻岛官兵用电难的问题,结合海洋波浪能特点,提出了一种新型漂浮式微型波力发电装置。基于装置结构模型,分析了其结构特征和工作原理;建立了传动系统的运动学模型,分析了其运动特性和速度调节性能;进行算例分析,验证了理论模型的正确性。研究表明：双侧传动轮系输入系统优于单侧传动轮系输入系统;改变飞轮的转动惯量,可以调节速度的波动。分析结果为该装置的后续试验研究提供了理论依据。