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    4.5仿生鱼尾鳍水动力学分析41

    4.6本章小结-43

    结论44

    致谢46

    参考文献-46

    第一章 绪论

    1.1 概述

    领海的概念正逐渐改变着中国人9600000平方公里的领土观念,蓝色领土问题已经上升到国家战略层面,各种邻国间的海事纠纷不断发生。如今土地资源逐渐枯竭,想要有更多的贮备资源,就必须对海洋资源进行跟深层次的开发,所以海洋开发的相关技术显得极其重要,水下机器仿生鱼技术作为一种重要的海洋相关技术在20世纪90年代以来得到了迅速发展。

    大多数当前的水中航行器使用传统的螺旋桨推进,它们的尺寸大、重量大、噪声大、耗能高、效率低。有关资料显示,一艘普通的运输船在运输中,有60%的能量被用于主机中,只有40%—50%的能量用于螺旋桨的转动和克服船受到的阻力使船前进。所以,为了推进效率的提升,各个国家都在研究新的不同于现今的螺旋桨的的各种推进装置。

    虽然水下无人机器已经发展到高级阶段,但是在提高机器推进效率和操控性方面实验进展很小。虽然近几年传统水下航行机器进行了改进,但还是在操控性能方面有根本上的局限性,特别是当要达到一个回转圈的动作时,需要的回转半径是体长的几倍,这使得机器在低速时操控性能极差。

    另一方面,水中生活的鱼经过长时间的进化,已将水中灵活行动的技能展现的淋漓尽致。鱼类可以在快速游动中实现转向并且不降低游动速度,而且转向半径小于自身体长的1/3。鱼类的游动具有灵活、高效、低噪、高速等特点,其水下行动的能力是目前任何潜器都无法超越的,若将此研究用于水下潜器,那它将为水下无人潜器领域的发展提供更为广阔的前景。现代的水下无人潜器大都要求具有长时定位、长途运载、在接近目标后的灵活运动、自由游动且不必浮上水面进行能量补给,来完成交接和跟踪。实验表明,要达到这些目的,采用仿生鱼推进装置将得到极大的优势。从结构上来看,仿生鱼推进装置结构比现今的螺旋桨结构简单,且加工成本低,因此,开发研究仿生鱼推进装置具有非常重大的意义。

    1.2 仿生鱼研究发展概况

    人类最早从二十世纪三十年代开始研究鱼类的游动原理。较为深入的研究是在最近的十五年内,而且国外的研究要比国内更为深入。

    1.2.1 国外研究发展概况

    1.2.2 国内研究发展概况

    1.3 课题的内容及意义

    1.3.1 课题内容:

    仿生鱼尾鳍比传统螺旋桨推进装置突出的优点:㈠资源利用率高.研究表明, 仿生鱼尾鳍推进装置的效率比传统的螺旋桨推进装置的效率提高了35%-95%。所以,仿生鱼尾鳍推进装置可以很大程度上的节省资源,提高水中工作的时间。㈡完善流体性能。㈢能提高水下运动装置的性能。尾摆仿生推进装置能提高机器在水中的游动及转向性能。㈣噪音小。仿生鱼推进装置运行时噪音小,不易被察觉,有很高的军事价值。㈤驱动方式多样。有机械驱动、混合驱动、液压驱动、形状记忆合金驱动、人造合成肌肉驱动、气压驱动以及压电瓷驱动。源'自^751;文,论`文'网]www.751com.cn

    对以上特点对课题展开以下工作: ㈠对尾摆仿生推进中的往复运动机构进行方案设计,优化设计方案,确定转换机构类型;㈡完成往复运动机构的结构设计;㈢绘制往复运动机构的装配图,并在三维软件进行三维造型,进一步进行运动仿真;

    1.3.2课题意义:

    水下航行体基于MEMS技术,拟人化的特点,能代替人完成光机电一体化系统的任务。它的长度通常是在几十厘米的范围内,十几个或几十公斤重量或者更少,因为体积小,噪声低,容易接近目标并且不容易被发现,适用于沿海水域,狭窄或浅水海域执行一些特殊的任务。此外,它的成本低,易于建造运输方便。该项目的研究是基于仿生学原理,旨在探讨非传统矢量推进航海技术提高小型航行体的推进效率,改变了航行体的推进方式,使微型和小型航行体在稳态条件下运动,并节约能源,减少噪音,提高推进效率。近几年国内外许多机构开始纷纷投入研究仿生鱼,并且该项技术将在以下领域得到应用:环境监测、军事侦察、军事应用领域、管道检测、海洋生物观察、海底勘探及海洋救捞和娱乐方面等。

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