行波推进仿生机器鱼

介绍5种常见的鱼类游动模式,分析讨论仿生机器鱼的生物学原型。基于对裸臀鱼属(gymnarchus niloticus)与裸背鳗属(gymnotus carapo)活体鱼的实验研究,建立了长背鳍扭转行波动态曲面的数学模型。依靠长鳍行波实现推进与控制的新型仿生机器鱼,其基本结构是"刚性身体"与"柔性背鳍"的组合,这有利于改善现有摆动式机器鱼的技术性能。裸臀鱼属与裸背鳗属鱼类可作为发展特种机器鱼潜艇的生物学原型,以提高现行水下航行器的效率和机动性能。

机器海豚行波推进模式下的平均速度控制方法

在分析海豚尾部行波推进特点的基础上,提出了基于同频特征摆和相位差因子的行波推进运动学特征方程获取方法,并进一步设计了基于数据钳位的平均速度控制方法.首先,对海豚行波推进特点进行分析,指出动能映射原理同样适用于行波运动情形.通过定义同频特征摆和相位差因子,把无相位差推进方式下的动能映射运动学特征方程移植到行波推进模式.然后,针对移植后的运动学特征方程非线性更严重的特点,给出了数据钳位设计方法.数据钳位指利用动能映射系数,在首次运行时直接把系统状态钳位到目标速度附近的一个小范围区域内,并通过输入钳位和输出钳位把运行数据限制在这个有限范围.在此基础上,通过迭代学习辨识和重复控制作小范围的速度微调,实现平均速度控制.仿真与实验结果说明,移植后的行波推进运动学特征方程可以用于指导机器海豚推进运动,而基于数据钳位设计的迭代学习辨识与重复控制方法实现了机器海豚平均速度控制.

长背鳍扭波推进活鱼实验研究

对依靠长背鳍扭波推进的尼罗河魔鬼鱼(GNF)进行循环水槽实验研究,录制各种游动模式的DV图像,分析研究GNF的游动参数,得到了扭波频率、波长与游速的定量关系,以及斯特罗哈数与雷诺数的关系曲线。当特征游速U≤1.3时,游速与扭波频率成正比,特征波长λ≈0.31,斯特罗哈数St≈0.41;当特征游速U>1.3时,扭波频率ν不再增大(约5.5～6 Hz),GNF采用变波长模式游动,平均特征波长λ最大增加到0.38,斯特罗哈数St则减小,最小为0.31,与BCF模式St值相同。