仿生扑翼UUV.ppt

卡门涡街 流体流经阻流体时，流体从阻流体两侧剥离，形成交替的涡流。 这种交替的涡流，使阻流体两侧流体的瞬间速度不同。流体速度不同，阻流体两侧受到的瞬间压力也不同，因此使阻流体发生振动。 推力的产生 前缘涡和尾涡在脱离扑翼后都形成逆卡门涡街，从而对扑翼产生推力。 扑翼推力的变化频率是扑翼扑动频率的2倍，且产生了2个推力峰值和两个阻力峰值，由于推力峰值大于阻力峰值，产生了推力。 推进特性与扑动频率关系 推力随扑翼拍动频率的增加成平方倍的增加，但推进效率存在一个最佳值点 推进特性与拍动幅值关系 推进特性与上下翻转幅度关系 水下仿生扑翼UUV 流体动力分析 推进性能分析 基于CPG的运动控制方法 1 2 3 CPG控制模型 CPG控制模型 CPG模型输出特性 直游 左转弯 右转弯 Thank You! * 俯仰力矩特性 CFD和Fluent简介 CFD:计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics) ,它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。 Fluent:用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。 攻角与升力系数关系 攻角与阻力系数关系 攻角与俯仰力矩关系 仿真结果分析 1)仿生扑翼UUV的流场计算稳定收敛，说明了本文研究方法的可行性以及流体动力数值计算结果的合理性； 2)仿生扑翼UUV的流体动力在小攻角(0～6度)下呈线性变化，这和传统的UUV的流体动力特性一致，但在大攻角下(大于6度)出现非线性特征。 不同翼型的水动力特性 不同翼型 运动中心位置 扑动频率 来流速度 对翼型的流体力学仿真研究 翼型介绍 NACA：美国国家航空咨询委员会 NACA四位数字翼型 ：NACA XYZZ X---相对弯度：中弧线到弦的最大距离 Y---最大弯度位置 ZZ—相对厚度：翼型最大厚度与弦长之比 例如，NACA 2412表示翼型的相对弯度为2%，最大弯度位置在弦长的0. 4，相对厚度为12% 扑翼运动方程 斯德鲁哈数 St用来定义扑翼扑动速度相对于来流速度的大小，表达式为 其中，f为扑动频率，h为扑动最高点到最低点的扑动距离（也称扑动幅度）。 国外研究机构的实验发现，扑翼运动最高推进效率时满足0.2St0.4 运动中心位置的影响 扑翼在运动时，需要绕翼板上的某点进行翻转运动和上下拍水运动，该点的位置即为扑翼的运动中心 运动中心位置的影响 不同翼型的水动力特性 不同翼型 运动中心位置 扑动频率 来流速度 不同扑动频率时各翼型特性 不同扑动频率时各翼型特性 不同扑动频率时各翼型特性 不同扑动频率时各翼型特性 不同扑动频率时各翼型特性 不同扑动频率时各翼型特性 不同翼型的水动力特性 不同翼型 运动中心位置 扑动频率 来流速度 不同来流速度时各翼型特性 不同来流速度时各翼型特性 不同来流速度时各翼型特性 不同来流速度时各翼型特性 不同来流速度时各翼型特性 不同来流速度时各翼型特性 结论 水下仿生扑翼UUV 流体动力分析 推进性能分析 基于CPG的运动控制方法 1 2 3 推进性能分析 选用NACA0010翼型的刚性扑翼，弦长c=100mm 来流速度U=0.1m/s，上下拍动幅度y0=0.03m，翻转幅度为30°，得到推力系数随时间变化曲线 流场速度矢量图 流场速度矢量图 仿生扑翼UUV设计 李明扬 21130911025 王恒良 21130911026 水下扑翼UUV简介 水下扑翼国内外发展状况 水下扑翼UUV结构设计 仿生扑翼UUV设计 1 2 扑翼UUV流体动力分析 扑翼UUV推进性能分析 基于CPG的扑翼UUV控制方法 仿生扑翼UUV简介 UUV (Unmanned Underwater Vehicle) 仿生扑翼UUV以海龟等扑翼游动生物为仿生对象，依靠扑翼推进结构为其提供动力实现整个UUV在水下的各种运动，包括上浮、下潜、转弯等，具有推进效率高、稳定性强、机动性及操纵性好等优点。 仿生扑翼UUV应用背景 目前国内外的UUV 大多采用传统的螺旋桨推进器，尽管螺旋桨推进器已经在船舶领域取得广泛的应用，但是采用螺旋桨推进器的水下航行器在操纵性方面和低速运动方面存在性能不高的问题。在海洋科学考察中考虑到海底地形复杂，存在暗流、浪、涌的区域，以及要完成海洋参数的测量，海地信息的调查和定点作业等任务，采用传统的螺旋桨推进器