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摆动尾鳍水动力性能的试验和数值研究
引用本文:苏玉民,张 曦,杨 亮.摆动尾鳍水动力性能的试验和数值研究[J].海洋工程,2012,30(3):150-158.
作者姓名:苏玉民  张 曦  杨 亮
作者单位:哈尔滨工程大学军用水下智能机器人技术国防科技重点实验室
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50879014);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(200802170010)
摘    要:鱼类能够在水下高速度、低噪音、高效率地游动。鱼类出色的推进性能通过其摆动尾鳍实现。这种摆动尾鳍推进方式已经用在了水下无人航行器上。因此研究摆动尾鳍的水动力性能是非常有意义的。对摆动尾鳍的推进水动力性能进行了详尽的研究。设计、装配了一套仿尾鳍推进系统,并对其进行了相应的水动力试验。在试验中研究了运动参数对摆动尾鳍水动力性能的影响。与此同时,采用基于雷诺平均N-S方程的数值方法对摆动尾鳍的水动力性能进行了研究。在数值计算中采用了k-ωSST湍流模型和有限体积法。数值计算结果和水动力试验结果进行了比较。对尾鳍表面的压力分布和流场中的尾涡结构进行了分析。水动力试验和数值计算都表明摆动尾鳍可以产生推进力和较高的推进效率。

关 键 词:摆动尾鳍  水动力试验  数值模拟  水动力性能

Experimental and numerical study on hydrodynamic performance of a flapping caudal fin
SU Yu-min,ZHANG Xi and YANG Liang.Experimental and numerical study on hydrodynamic performance of a flapping caudal fin[J].Ocean Engineering,2012,30(3):150-158.
Authors:SU Yu-min  ZHANG Xi and YANG Liang
Institution:(Science and Technology on Underwater Vehicle Laboratory,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)
Abstract:Fish can cruise under water with large speed,low noise,and high propulsion efficiency.The excellent propulsion performance is achieved by the flapping caudal fin of fish,which has been used in unmanned underwater vehicle.Therefore,it is significant to study the propulsion performance of the flapping caudal fin.This paper presents a comprehensive study on the hydrodynamic performance of a flapping caudal fin.A bionic caudal fin propulsion system is designed and installed.Hydrodynamic experiments are performed.Effects of motion parameters are shown in experimental results.Meanwhile,numerical simulations based on Reynolds Averaged Navier-Stokes equations are done.A k-ω SST turbulent model and a finite volume method are employed.Numerical results are compared with experimental results.Pressure distribution on the caudal fin and vorticity structure are analyzed in numerical results.Both experimental and numerical results indicate that thrust force with high propulsion efficiency can be generated by a flapping caudal fin.
Keywords:flapping caudal fin  hydrodynamic experiment  numerical simulation  hydrodynamic performance
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