胸鰭撲翼式機器魚的設計及水動力實驗

高 俊 畢樹生 李 吉 蔡月日

(北京航空航天大學 機械工程及自動化學院，北京 100191)

胸鰭撲翼式機器魚的設計及水動力實驗

高 俊 畢樹生 李 吉 蔡月日

(北京航空航天大學 機械工程及自動化學院，北京 100191)

提出了一種基于胸鰭拍動推進的仿生機器魚的設計模型，并對其進行了水動力實驗研究.首先根據仿生對象的胸鰭運動和結構特點設計了由直流伺服電機驅動的撲翼式機器魚，然后設計了推力測試實驗裝置，在北京航空航天大學機器人所的低速水洞中完成了機器魚的推力和功耗測試實驗，獲得了推力系數和效率隨Sr(斯特勞哈爾數)變化的曲線.實驗結果表明最大推力系數和效率都在Sr=0.4時達到，該結果與前人關于游動和飛行生物保持高效推進時Sr的范圍一致.機器魚的自由航行實驗進一步驗證了水洞測力實驗結果，最大航行速度可達0.64m/s，約1.5倍身長比，相比國內外的同類仿生機器魚具有較大的速度優勢.實驗結果表明:該仿生設計模型可以很好地模擬牛鼻鲼的推進方式，較大提高胸鰭撲翼式機器魚的速度，為仿生水下航行器的設計提供了一種思路.

仿生;機器魚;推進

魚類和海洋哺乳動物經過幾億年的進化具備了非常出色的水下運動能力，不僅可以在長時間的巡游時保持低能耗、低噪聲，同時也表現出良好的機動性.一直以來，人們都在積極探索魚類高效游動的機理，希望從仿生工程領域研發出仿魚類游動的水下機……