水下仿生扑翼机器人的发展现状综述

参照蝠鲼等鱼类游动方式所研制的水下仿生扑翼机器人具有效率高、机动性强、负载能力大等多方面优势。由于其广阔的应用前景,水下仿生扑翼机器人已逐步成为水下航行器领域的研究热点。本文系统地将蝠鲼的生物学特性、机器人的结构设计、动力学模型、单体运动控制、集群运动控制以及实验研究等方面的国内外研究进展进行了总结和梳理。已有的研究表明：水下仿生扑翼机器人正在朝着软体化、集群化、 高机动等方向发展,新兴的水下仿生扑翼机器人及仿生集群能够更加精确的模拟真实生物的游动姿态,并开展相关任务。当下的研究为水下仿生扑翼机器人性能的进一步优化与提升奠定了坚实的理论与实践基础。     

UUV定深控制模型参数优化设计方法

合适的控制模型参数能够保证被控对象在较快的响应时间和较小的超调量下达到控制目标,无人水下航行器定深控制模型参数的优化设计对提升水下航行器使用性能具有重要意义。首先,建立了水下航行器空间运动学方程,基于 Modelica 建模语言构建了航行器虚拟样机及其定深控制模型。然后,以响应时间和超调量最小为优化目标,采用非支配排序差分进化算法建立了水下航行器定深控制模型参数多目标优化流程,基于 OPTIMUS 平台构建了水下航行器定深控制模型参数优化设计工作流。以某水下航行器为对象的实验结果表明：所提方法可快速获得较优的 PID 控制模型参数,优化后的水下航行器定深运动控制特性显著改善。     

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。     

仿金枪鱼三维建模及流场受力分析

以鱼体和鱼鳍作为研究对象,在流场中进行数值模拟分析对于研究鱼类本身游动的高速、高效的游动机理和仿生工程上的应用具有十分重要的意义。以金枪鱼为仿生对象,以目前常用的回转体型水下机器人为对比对象,在三维软件Solidworks中结合金枪鱼的运动与形体特征建立鱼体模型和回转体机器人模型,并将建立的模型转换格式后导入Fluent软件中,在来流方向设置为与模型方向相平行的流场中进行有限元数值计算。计算中物理场采用中心差分插值方法,流动模型采用RNG两方程模型,结合具体参数进行了推导计算。计算结果表明,与常用的回转体型水下机器人相比,仿金枪鱼可有效的减小其在水中航行的阻力,提高推进效率。而且,仿生机器鱼在设计中应着重于头部、尾鳍及鱼体流线型部分的设计,其中为最大程度上减小仿生机器鱼运动时的阻力,应更侧重于仿生机器鱼体的流线型外形的优化设计。数值计算结果为仿生机器鱼的结构设计提供了一个良好的力学基础,对于减小运行阻力、提高仿生机器鱼的运动控制水平具有较高的指导意义。     

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。     

金枪鱼体后行波壁减阻机制研究

控制圆柱体或翼型的行波壁会抑制大规模的分离流动,进而减少阻力。鱼类在游动过程中经常出现行波壁,而行波壁对鱼类游动性能的影响机制尚不清楚。以金枪鱼游动为基础,耦合行波壁,采用锐利界面浸没边界法(IBM)解决摆动过程带来的大变形运动边界问题。结果表明：行波壁的出现改变了金枪鱼体后涡的形成和发展,进而改变了摩擦阻力和压差阻力的分布;耦合行波壁使得摩擦阻力的波动幅值增加,压差阻力有所减小,从而降低了金枪鱼游动过程的阻力。研究的行波壁减阻机制可应用于提高仿生机器鱼的性能,随着智能材料的发展,该机制将在仿生机器鱼的研制中体现其现实意义。     

基于ALE方法的航行器跨介质冲击载荷研究

为了探究航行器在跨介质过程中的动力学响应,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法建立航行器跨介质数值计算模型,仿真分析了不同初始参数对航行器跨介质冲击载荷的影响规律,给出了最大冲击载荷与跨介质速度与跨介质角度之前的函数关系.研究结果可为航行器跨介质弹道及结构设计提供参考.     

仿鱼尾推进小型水下航行器设计与模型试验研究

以蓝鳍金枪鱼为蓝本,进行了仿鱼尾推进小型水下航行器方案设计与模型制作,包括设计主体外形、主体结构及安装形式、传动机构、尾鳍形状等。在水池中开展了自航实验,测定了尾鳍的摆幅、频率、形状及刚度对航速的影响,结果表明在相同条件下提高尾鳍摆动频率或增大尾鳍摆幅,能提高水下航行器的速度;当采用柔性尾鳍时,航行器的速度明显增加。     

一种仿生波动鳍装置设计与实验研究

推进系统是自主水下航行器的重要组成部分,传统的螺旋桨推进器虽然推进效率高,但存在着低速状态下机动性不足、噪音以及水流扰动的问题,相比之下模仿鱼类的推进方式在推进效率与机动能力上具有极大优势。在模仿鱼类的推进方式中,仿生波动鳍推进方式具有高机动性与高稳定性的特点。影响仿生波动鳍推力大小的因素主要有幅值、频率及相位差等控制参数,此外还包括波动鳍自身结构的长度、材质等物理因素,探讨物理因素的影响对于指导仿生波动鳍的设计有着重要意义。本文通过对鳐鱼形态学的研究,设计了一套简化的仿生波动鳍推进装置,并设计了仿生波动鳍的实验平台以及软硬件系统,依托于此套系统重点研究了鳍条材质、鳍条间距、鳍面长宽比、鳍面安装的松紧程度等物理因素对于波动鳍推力的影响。研究结果揭示了物理因素对于波动鳍推力影响的规律,对于今后研制高性能的仿生波动鳍推进装置提供了理论与实践上的参考。     

探讨超疏水技术在水下航行器上的应用

超疏水技术通过在材料表面涂覆憎水的低浸润性涂层,导致水滴在其表面无法滑动铺展而保持球形滚动状,提升材料抗腐蚀、防污自清洁能力。 由于特殊的浸润特性,超疏水材料在水下航行器上的研究得到越来越多的关注。 超疏水技术有效地解决困扰水下航行器发展的瓶颈问题,降低航行阻力,噪音和提升防污抗腐蚀能力。 着重介绍超疏水技术在水下航行器减阻、防污抗腐蚀和降噪领域的应用现状。     

About the correlation between the distribution of the azooxantellate scleractinian corals and the abundance of the zooplankton in the surface waters

The correlation between the azooxantellate scleractinian coral distribution and the abundance of the zooplankton in the Atlantic Ocean is discussed. The analysis is based on a dataset of 943 specimens (82 species) sampled at 87 stations that were performed during the scientific cruises of Russian research vessels in the Atlantic. The hypothesis concerning if the coral biodiversity and population density correlate with the zooplankton abundance was tested. The relationships between these parameters are contradictory. High coral biodiversity and population density were registered for the areas of low and average zooplankton abundance in the surface waters.     

Relationship between the path of the Kuroshio in the south of Japan and the path of the Kuroshio Extension in the east

A relationship between paths of the Kuroshio and Kuroshio Extension (KE) is investigated, using the satellite-derived altimetry dataset of 1993–2008. When the Kuroshio takes the nearshore nonlarge meander path or typical large meander path and resultantly goes through the deeper channel (about 2500 m) of the Izu-Ogasawara Ridge, the KE path adopts a relatively stable state with the two quasi-stationary meanders. On the other hand, when the Kuroshio takes the offshore nonlarge meander path and then passes over the shallower part of the Ridge (about 1000 m), the KE path tends to be convoluted, i.e., an unstable state.     

美国加入《联合国海洋法公约》问题

1982年第三次联合国海洋法会议产生了《联合国海洋法公约》,美国积极参与并主导了该《公约》的整个谈判过程,对《公约》大部分条款持支持态度,但最终却没有签署《公约》,其原因主要在于它反对《公约》第十一部分关于深海采矿的规定。1994年《执行(公约)第十一部分的协定》对《公约》中与深海采矿有关的部分进行了实质性修改,满足了美国的利益和要求,但美国国内对《公约》还存在其他一些反对意见。目前美国国内各界支持加入《公约》的呼声日益高涨,美国正在积极考虑加入《公约》。     

黄河入海径流对河口海域盐度影响研究

为研究黄河入海径流变化条件下河口附近海域盐度扩散特征,以更好地保护河口海域生物资源多样性,本文以黄河下游利津水文站的长序列实测径流数据资料为基础,利用近海水动力模型FVCOM,分析径流变化对黄河口海域盐度的影响规律。结果表明：黄河口与莱州湾之间存在顺时针的环流系统,在余流作用以及涨落潮方向的影响下,黄河冲淡水长期向莱州湾扩散;丰水期黄河冲淡水几乎影响了整个莱州湾,27盐度锋可以到达莱州湾中部,27等盐线的表层包络面积为2 665.61 km²,占莱州湾的1/4左右,枯水期低盐度水只有向南扩散的趋势,27以下的低盐度水集中分布在黄河口门附近,27等盐线的表层包络面积只有199.65 km²;5月份,随着入海径流量增加,27等盐线扩散的范围、距离、方向都会发生明显变化。在对近海生物资源有迫切保护需求的情景下,适当减少其他用水户供水量以增加入海生态径流量,可以有效改善黄河口海域附近的盐度情况,为生物资源的生长繁殖创造良好条件。     

加快渔业结构调整 促进海洋经济发展

射阳县位于江苏沿海中部，东临黄海，拥有海岸线长１０９ｋｍ，滩涂面积７万ｈａ，是江苏省渔业生产重点县之一。“九五”期间，射阳县把发展海洋渔业作为全县经济新的增长点来抓，不断加大开发力度，稳定提高捕捞业，全力突破养殖业，积极发展水产品加工业，取得显著成效，已成为海洋经济发展的先导产业和支柱产业，全县现有各类捕捞船只２０５８艘，总功率为７万多千瓦，海水养殖面积１万多公顷，育苗水体６５万ｍ３，水产品加工库容４０００余吨，年产各类海产品达５５万多吨。然而，在当前近海主要经济鱼类资源急剧衰退，伏季休渔期…     

A study on the polyculture of the algae, the shrimp and the crab

A study was made on the polyculture of the red algae Gracilaria tenuistipitata Chang et Xia f. Liui Zhang et Xia, f. nov. , the shrimp Penaeus penicillatus Alcock and the mud crab Scylla serrata (Forskal) . The photosynthesis of the algae produces the oxygen on which the shrimp and the crab breathe. The algae are the reproductive place of the organism for the food of the shrimp and the carb, also is the shelter of the shrimp and the crab. The shrimp and the crab regard the algae as the vegetable     

On the peculiarity of the sound channel on the shelf of the North-European basin

Analysis of the sections traversing the polar hydrological front on the shelf of the North-European basin has enabled us to reveal the areas limited by closed isotaches of the sound velocity existing in the interfrontal zone at depths of 50–150 m. These areas represent the closed waveguide which has the property of an underwater sound channel.Translated by Mikhail M. Trufanov.     

On the Relationship between the Characteristics of the Annual Variations of the Virtual Height of the Ionospheric Sporadic E Layer with the Seasonal Rearrangements of the Stratomesospheric Circulation

Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics - Analysis of the temporal variations of the virtual heights of the sporadic E layer (h?ES) determined from ionograms with increased accuracy (1...     

Investigation of the mechanism of the long-term evolution of the carbon cycle in the ecosystem of the Sevastopol bay

We analyze the components of the carbon system of the Sevastopol bay waters and the balance of main sediment-forming substances using the data of field investigations in 1998–2008. The interannual variations of total inorganic carbon and the equilibrium partial pressure of carbon dioxide in the bay water are noted. An increase in the flux of carbon dioxide into the bay and in the content of organic carbon in bottom sediments is revealed, and an explanation of this phenomenon is given. The priority accumulation of organic carbon in the sediments of the bay is established. We assess the interannual variation in the relative abundances of organic and inorganic carbon as an index of the carbon cycle stability.     

长江、黄河入海沉积物中元素组成的对比

使用X射线荧光分析仪对取自长江大通站(包括部分南京段)和黄河利津站入海沉积物进行了分析,研究了25种元素的含量特征及它们在长江和黄河里的差异,并与前人研究成果作了比较.研究表明,长江、黄河中的沉积物存在较明显差异,黄河沉积物中明显富集Ca,Sr,Si等元素;长江沉积物中明显富集Al,Fe,Ti,Mn,Cu,Zn,Pb,Rb,P,V等元素.这与2条河流流域的地质背景、气候带特征、风化程度以及人为活动影响关系密切.与前人研究结果相比,2类沉积物中重金属元素的含量有明显增加的趋势,但是用Al标准化之后发现只有部分重金属元素含量有所增加.重金属的变化可能与近年来中国工业快速发展及两河流域污染物质的排放增加有关.