水下柔性鱼形机构原理及单尾鳍板水动力试验研究

柔性鱼形机构是模拟鱼类运动的一种仿生机械系统。对鱼类运动的观察与研究 ,实质上是寻求水域中最优推进形式的过程 ,是工程优化设计的途径之一。在研究及优化柔性鱼形机构时涉及到水动力学及控制模型的问题 ,因此取出鱼形机构的尾鳍部分进行敞水试验 ,既能为有关模型的建立提供依据 ,更重要的是对鱼形机构的可行性进行论证     

柔性仿金枪鱼月牙形尾鳍水动力分析

为研究鱼类高速游动机理,以金枪鱼月牙形尾鳍为对象,采用面元法计算分析了其非定常水动力性能。假设尾鳍在横移和摇摆的同时,以某一匀速向前运动,并假设其在弦向和展向以某一给定规律发生变形,以模仿柔性变形。探讨了前进速度、横移和摇摆的幅度、频率及其相位差对柔性尾鳍推进性能的影响,并与做相应运动的刚性尾鳍进行了对比。     

柔性尾鳍推进装置的机构综合与优化设计

根据柔性尾鳍推进装置所需达到的性能特性要求，本文对该装置进行了机构综合与优化设计，以改善其水动力性能，提高其推进效率。     

摆动尾鳍水动力性能的试验和数值研究

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。     

AUV矢量推进水动力计算及水平回转操纵性试验

针对矢量推进模式下的 AUV 水动力性能和操纵性能,开展了 AUV 矢量推进水动力 CFD 计算, 对矢量推进水平回转操纵性进行了评估,加工了矢量推进样机,并进行湖上操纵性验证。理论计算和试验数据表明：矢量推进具备极高的低速操纵性,该研究为矢量推进在 AUV 上的应用提供了理论和技术基础。     

仿鱼尾潜器推进系统的水动力分析

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景 ,对金枪鱼的月牙形尾鳍进行水动力分析。文中将金枪鱼的尾鳍处理为在做横移和摇摆的耦合运动的同时 ,以某一匀速向前运动的月牙形刚性尾翼。计算中应用了双曲面元和压力库塔条件 ,利用面元法计算分析该三维尾翼的非定常水动力性能。探讨了前进速度、横荡和摇首的幅度、频率及其相位差对推进性能的影响     

仿生机器鱼尾鳍推进效率的多参数优化研究

仿生机器鱼作为一种高效、高机动的水下机器人,得到了科研人员的广泛关注,对BCF方式机器鱼尾鳍推进效率的研究是其中的重点方向。目前对尾鳍推进效率的优化研究,大多局限于尾鳍单一参数的优化,这与自然鱼类的游动状态相差甚远,因而不能真正达到推进效率最大化的目的。本文提出了尾鳍多参数优化方案,通过对尾鳍转动频率、摆动幅值、击水角度和摆动周期等参数的联合优化,得到一组特定游速下的参数值,结果表明本研究对象在游速0.6L m/s时(L为体长),数值计算推进效率为65.7%,仿真推进效率为64.3%的,均大于目前单一参数的优化结果,充分体现了尾鳍多参数配合的优越性。本文的研究,对提高仿生机器鱼的推进效率具有积极作用。     

多水下机器人系统水动力计算的多线程实现

介绍多水下机器人(UUV)数字仿真平台的硬件结构以及单体UUV和多UUV系统的水动力计算流程,在此基础上利用Windows多线程技术实现多UUV的水动力计算,该方法已经用于多UUV数字仿真平台虚拟环境节点的设计中.系统仿真实验表明该方法设计的应用程序具有良好的执行效率和实时响应能力,为以后多UUV半物理仿真平台的水动力计算和实体多UUV系统水动力系数的验证奠定了基础.     

潮流能水轮机水动力分析方法

潮流水轮机是潮流能转换装置的核心装备,潮流水轮机水动力性能和载荷则是潮流能转换装置总体设计和结构设计的基本依据。到目前为止,流动分离、流固耦合、空化以及复杂环境条件等强非线性因素对潮流水轮机水动力的影响仍然是一个值得研究的问题。本文基于哈尔滨工程大学在潮流能利用技术领域多年的研究成果,对潮流水轮机在均匀流水动力分析和流固耦合分析的不同数值方法及相关计算结果进行了回顾和对比分析,并提出了一种水轮机波浪载荷的计算模型。     

组合动力锚水动力特性数值模拟研究

作为海上浮式结构物的一种新型锚固基础,动力锚具有自安装、不受水深影响、适用范围广的特点。在动力锚的基础上研发的组合动力锚结合了动力锚自安装和板锚法向受荷的特点,具有安装快速、适用多种类型海床、承载效率高等性质。组合动力锚在水中自由下落时的水动力学特性（下落速度、方向稳定性等）会受到锚链、尾翼宽度和助推器质量等因素影响。若下落速度过小或方向稳定性过差,则会影响锚的安装成功率。采用计算流体动力学方法模拟流体对锚的冲击和锚在水中自由下落过程,以优化组合动力锚的尾翼尺寸;其次研究锚链作用力和助推器质量对组合动力锚下落速度和偏角的影响规律。计算结果表明：组合动力锚的拖曳阻力系数为0.45左右,尾翼宽度最优尺寸为翼板宽度的1.25倍。连接在锚眼处的锚链会减小组合动力锚的下落速度并加剧锚的偏转,需综合锚的下落速度和偏角来确定锚在水中下落高度。     

TY型管节点局部柔度的参数分析及试验研究

由于海洋平台管节点的局部柔度对平台结构的静动力性能有重要影响，如何确定各类管节点的局部柔度成为一个重要的研究课题。本文用半解析方法计算了海洋平台中一类常见的管节点──ＴＹ型管节点的局部柔度，并用回归方法得出了计算ＴＹ型管节点局部柔度矩阵中各元素的参数公式。本文还介绍了对一组ＴＹ型管节点ＰＶＣ塑料模型进行的局部柔度试验。参数公式计算结果与模型试验结果的比较表明，本文得出的参数公式是基本可靠的，建议可在海洋平台总体结构分析中使用。     

优选因子场预报方法的研究

现行的场预报方法,一般是根据预报量之间的统计关系,进行场分解,而后用经验正交函数建立预报方程,但却很少考虑到外界因子的作用。本文尝试把影响因于引入经验正交预报方法中。在这种优选因子场预报方法中,作者不仅考虑预报量之间内部的相互关系,而且也考虑了外部因子的影响,借助于从综合因子中优选因子,可以建立对于预报数量和等级都适用的最优预报方程。提出了权重相关系数的概念。与其他相关系数之间的明显差别是,它具有场的特征。本文还介绍了水湿的盐度预报的一些实例。     

钝顶螺旋藻在LED光电板式光生物反应器中的培养研究

分析研究了ＬＥＤ集成光电板光辐射强度对螺旋藻生物量浓度、螺旋藻比生长速率、藻光合放氧量及藻光合色素等螺旋藻生长特性的影响，并分析了ＬＥＤ集成光电板辐射红光及红、蓝组合双波长光质与冷白荧光灯光质对藻类各有效组成部分的影响。结果表明，在光辐射强度尚未达到饱和光辐射强度之前，光辐射强度决定螺旋藻的比生长速度；超过饱和光辐射强度，光合作用产氧量趋向恒定，说明螺旋藻光合器官具有光合稳定性；与冷白荧光日光灯组相比，ＬＥＤ集成光电板射红光及红，蓝组合双波长光质非常适合螺旋藻的生长并促进细胞干重、叶绿素、藻胆蛋白的增加，在相同的光辐射强度[275.9μmol/(m^2.s)]下，采用ＬＥＤ集成光辐射板辐射单色红光与冷白荧光日光灯组相比，藻胆蛋白、藻细胞干重吸绿素a分别增加４３．３９％、９８．４０％，５１．５６３％。