波狀游動物體的推進(jìn).pdf

1、水生動物具有高效率的游動特性，蘊(yùn)涵了豐富的流體力學(xué)現(xiàn)象。對水生動物高效游動的研究，可加深對相關(guān)自然現(xiàn)象及其內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識，同時為研制新一代的水下航行器提供啟示。波狀擺動是水生動物普遍采用的一種推進(jìn)方式。本文基于無粘勢流理論的面元法計算了幾種波狀游動物體的推進(jìn)性能，并采用逐步二次規(guī)劃方法對物體的擺動方式進(jìn)行了優(yōu)化。具體的工作和結(jié)論分述如下：
　　 (1)基于線化渦格法求解波動板的推進(jìn)性能，發(fā)展了一套對擺動方式進(jìn)行優(yōu)化的方法。該方法

2、增加擺動幅值約束以消除優(yōu)化問題存在的奇性，采用逐步二次規(guī)劃方法以避免傳統(tǒng)Lagrange乘子法可能得到的鞍點(diǎn)。采用該方法，對波動板的擺動方式進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，最優(yōu)解都在幅值約束邊界上獲得；在前緣吸力最小值對應(yīng)的頻率附近，效率較大；當(dāng)波數(shù)增加，該頻率區(qū)域內(nèi)極大效率增長較為明顯，同時前緣吸力相應(yīng)減小，使得前緣分離的風(fēng)險減弱；0次冪和2次冪組合運(yùn)動(OP02)的極大效率同0次冪和1次冪組合運(yùn)動(OP01)的極大效率相近，兩項組合運(yùn)動的極大效

3、率要小于三項（OP012）組合運(yùn)動的極大效率；波數(shù)的增加，三維效應(yīng)減弱，展弦比對力能參量的影響減弱。
　　 (2)基于點(diǎn)渦的非線性面元法求解二維大振幅波動板推進(jìn)性能，并利用上述方法對波動板擺動方式進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，當(dāng)幅值減小、頻率減小或者波數(shù)增加時，非線性波動板結(jié)果同線化波動板結(jié)果接近，最優(yōu)解在約束的邊界上獲得；幅值較大且頻率較大時，非線性波動板解遠(yuǎn)離線化解，最優(yōu)解在幅值約束的邊界內(nèi)；極大效率隨著頻率的增加而減小，隨著波數(shù)的增