尾鳍柔性变形优化仿金枪鱼机器鱼自主游动：CFD模拟与性能分析

本文主要探讨了2014年发表在《华中科技大学学报(自然科学版)》的一篇名为"尾鳍柔性变形对仿金枪机器鱼自主游动的影响"的研究论文。该研究由刘焕兴等人进行，他们基于自由游动的原理，利用计算流体动力学(CFD)技术深入剖析了尾鳍的柔性如何影响水下机器人——仿金枪鱼在自主加速和巡游过程中的运动特性以及水动力性能。 首先，作者通过建立自主游动的计算模型，对不同柔性变形参数的仿金枪鱼进行了细致的模拟和分析。实验结果显示，当仿金枪鱼从加速阶段过渡到稳定的巡游状态时，阻力与推力达到了动态平衡，这表明尾鳍的柔性变形在推动前进的同时也起到了调节阻力的作用。尾涡的形成对推力有所提升，这可能是由于柔性尾鳍产生的涡旋效应增强了水流的推送力。 研究进一步指出，弦向柔性变形的相位角、变形位置、幅度以及拱度对于仿金枪鱼的自主游动具有显著影响。特别是当柔性仅限于尾鳍的前半部分时，这种设计可以有效地提高推进效率。另外，当柔性变形与横移运动相位滞后π/2或者选择合适的变形幅度和拱度时，仿金枪鱼的推进效率会达到最大化。 关键词包括水动力学、柔性变形、水下机器人、自主游动、尾涡和相位角，这些词汇突出了论文的核心研究内容。这篇论文为理解和优化水下机器人的设计，尤其是在尾鳍结构上，提供了重要的理论依据和技术指导，对于推进水下机器人技术的发展具有重要意义。通过深入理解尾鳍的柔性机制，科研人员有望创造出更为高效、灵活的仿生机器人，应用于海洋探索、环境监测等实际应用领域。