长鳍波动推进的运动学建模与算法验证

本文主要探讨了仿生学在波动长鳍运动学建模及算法研究中的应用，针对长鳍鱼类如弓鳍目的"尼罗河魔鬼"鱼。长鳍是这类鱼类特有的推进方式，它们通过波动动作实现高效稳定的移动，尤其是在稳定性、机动性和低速状态保持方面表现出明显优势。作者将鱼类的波动长鳍简化为零厚度的理想波动面，这是一种理论上的抽象，便于理解其运动原理。 在曲线坐标系统中，作者建立了直纹面模型来描述波动长鳍的运动特性，特别关注了非等幅波动和非对称波形，这些是鱼类在水中自然产生的复杂运动模式。通过理论分析和数值模拟，模型被进一步扩展，考虑了实际情况下长鳍可能具有的弯曲基线和非零厚度等形态特征，这使得模型更加精确地反映了真实生物的运动情况。 在此基础上，作者设计了一套鱼类长鳍波动推进的运动描述算法，该算法可以根据给定的长鳍形状和运动参数，精确模拟出波动过程。作者选择了零厚度理想波动板和"尼罗河魔鬼"鱼作为研究对象，通过运动学仿真验证了所提出的运动学模型和算法的有效性。这种仿真结果对于理解鱼类如何利用波动长鳍在水中高效移动，以及为未来仿生机器人和相关机械设计提供了重要的理论支持。 这篇文章深入研究了鱼类波动长鳍的运动学机制，并将其转化为可操作的数学模型和算法，为生物力学、仿生工程以及相关领域的科学研究和技术应用提供了有价值的基础。关键词包括波动长鳍、直纹面、运动学模型、波动描述算法以及具有代表性的"尼罗河魔鬼"鱼。这项工作有助于提升我们对自然界生物运动效率的理解，并推动仿生技术的发展。