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物理学院

科研立项开题报告

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指导教师：徐明奇

组长：郭文杰

小组成员：蒋羽桑、陈祥

张赢今、郭杉

仿生鱼尾摆动海流发电装置研究

2014年科研立项开题报告

一、课题背景

随着仿生技术的进步，模仿自然界中鱼类的运动方式和相应的运动官，即仿生机器鱼是目前水下机器人领域一个重要研究方向和研究热点，主要集中在模仿鱼类的高效、高速、高机动，高静谧性。

目前，水下机器人的仿尾鳍推进方式的研究工作开展比较深入，尾鳍推进器的实用化程度也较高，但并没有人进行过利用海流能冲击鱼尾使其摆动发电方面的研究。

〔一〕学术价值

〔二〕应用价值

〔三〕国内外研究现状分析

实验研究说明：仿生鱼尾比传统螺旋桨推进效率高30%，而且结构简单，加工本钱低廉，工作时噪声小。仿生鱼尾相比于普通的螺旋桨具有更加高效的推进能力，将其改造成的发电装置能够更加高效的利用海流能发电。

目前，仿生鱼尾主要应用在水下潜器，水下机器人作为推动装置来带动船舶行驶，而用在发电方面的很少。国外学者对于鱼类推进模式的研究很早就进行了，我国那么起步较晚，在这方面的研究做得也相对较少，关于仿生鱼尾发电装置的研究逐步成为研究的热点之一，可望为能源利用开辟新的研究方向。

随着全球气候变暖，能源供给紧张，各国政府加大可再生能源利用的力度，其中就包含海洋能。其主要能量海流能主要用于发电。将仿生鱼尾制成的发电装置可以装载在潜艇和轮船上，增加其续航能力，我国一些沿海城市可以利用该装置进行发电，缓解能源紧的问题。

二、选题依据

研究方案

实验方案

研究方法

研究目标

研究内容

三、研究方案

2〕仿生鱼尾摆动控制

1〕仿生鱼尾最正确获能形状

3)往复式发电机

(一)研究目标

研究并研发出仿生鱼尾摆动海流发电装置

(二〕研究内容

研究不同鱼类的生物学构造并进行简化,构造生物学模型

研究仿生鱼尾的工作原理，进行数学分析，建立数学模型。

研究不同仿生鱼尾推动装置，分析优劣势，确定出几种较好的设计方案。

我们的工程进行的仿生及配套装置：

动力系统:仿生鱼尾依靠海流能的冲击进行摆动

连接系统:鱼尾通过曲轴或毂轮连接发电装置

发电系统:自制往复式发电机，实现机械能到电能的转化

机器外壳：对内部系统进行保护，同时保证耐用美观。

〔三〕研究方法

郭文杰

负责装置的整体设计及制作，以及各个系统间的配合和经费管理。应熟悉仿真软件，及一定的动手制作能力。

蒋羽桑

负责动力系统的曲轴或者毂轮的设计，以及平衡系统的结构设计。熟悉matlab或其他数学工具，进行参数的求取。

陈祥

负责力学分析，验证机构的力学性能是否合理，模拟运动以及相关参数的确定。

张赢今

负责仿真鱼尾的形状设计，材料的选取和制作。熟悉soildworks和cad等制图软件，还有一定动手加工能力。

郭杉

负责往复式发电机的研发与制作，熟悉电磁学及具备很强的动手能力。

4、实验方案

根据生产实际提出的具体课题，将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因素，得到一个生物模型；

第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析，并使其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型“翻译”成具有一定意义的数学模型；

最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿生中有创新。

仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有以下三个阶段：

对生物原型的研究

进行数学分析

进行实验的实物模型

不断创新不断提高装置效率

技术路线图

四、可行性分析

仿生鱼尾摆动海流发电装置具有极其广阔的市场前景和很高的潜在价值，此项研究对不同类型鱼尾的工作原理及效率进行分析，进而探究其发电性能具有一定的研究价值，设计出高效的利用洋流装置。对于节省能源有重大的科研价值和应用价值。

五、创新点及特色

六、预期成果

ThankYou!