仿生波动鳍驱动水下机器人动态行为的CFD与实验对比研究

本文研究了仿生起伏鳍在推动水下机器人动力学行为中的计算与实验研究。仿生起伏鳍的设计灵感来源于鱼类，尤其是中间鳍和/或成对鳍（MPF）鱼的波动运动，这种设计旨在提升水下机器人的机动性、降低噪音并提高能源效率。研究的核心在于建立并应用了一种耦合计算流体动力学（CFD）模型，该模型旨在精确模拟仿生起伏鳍在水下环境中的流动特性。 研究者们专注于三种基本的运动模式：前进、偏航和侧滑偏航，通过计算机仿真与实际实验相结合，对由两片仿生起伏鳍驱动的水下机器人在这些动作下的水动力行为进行了深入探究。计算流体动力学模型提供了理论预测，而实验验证则确保了结果的可靠性。 在比较CFD模拟结果与实验数据的过程中，研究人员揭示并讨论了一些关于仿生波动模式的重要现象。例如，他们可能发现了鳍形、频率和振幅如何影响机器人的阻力、推力和稳定性。这些发现对于理解仿生推进机制以及优化控制算法具有深远的意义，因为它们揭示了鳍动的物理规律，有助于设计出更高效、更灵活的水下机器人。 此外，论文还可能涉及了对水下环境中的阻力、升力和流线型效应的深入分析，这些都是决定机器人性能的关键因素。研究者可能探讨了如何通过调整鳍的形状和运动策略来克服阻力，同时保持高效的推进力。他们还可能关注了仿生鳍与传统螺旋桨或鳍片推进器在能耗和性能上的差异，这对于未来水下机器人技术的发展方向具有指导作用。 总结来说，这篇研究不仅在理论上推进了仿生技术在水下机器人领域的应用，也为推进系统设计和运动控制策略提供了宝贵的实证数据，从而为水下无人系统的未来发展奠定了坚实的基础。