波动翼自主推进性能的尺度率研究

【作者】 王畅； 王军里； 吴健；

【机构】 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院；

【摘要】 鱼类以恒定推进速度巡游被认为是进行长时间持续游动的效率最优模式。鱼体波动同时产生推力和阻力,且在巡游阶段推力和阻力相互平衡,难以进行准确的区分。本文通过数值模拟研究了单自由度和三自由度自主推进二维波动翼的尺度率,依据大振幅细长体理论推导了不同运动自由度下推力的尺度率,并通过数值计算揭示了变形对鱼体阻力的影响及阻力的尺度率。考虑波动幅值A,波长和波频f三个主要的鱼体运动学参数对鱼体推进性能的影响,对巡游阶段鱼体所受推力和阻力的尺度率进行校正。结果表明,本文得出的尺度率能够准确的表达低雷诺数下鱼体巡游阶段所受推力和阻力与运动学参数的映射关系,即单自由度下推力T-(fA) 2·(1 un),三自由度下推力T-(fA) 2·(1 (uifn) 2),阻力均为D-U4~3。通过推力和阻力的平衡能够进一步得出巡游速度U,能量损耗及效率与运动学参数的映射关系。研究结果还揭示了运动自由度对鱼体推进性能的影响以及固定波动与自主推进运动的联系与区别。更多还原