《自主遊動魚群中的節能機制研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由王亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自主遊動魚群中的節能機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王亮
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
群游是魚類所普遍具有的特性，它能夠有效提高魚類自身的遊動效率，達到節能的目的。揭示魚群遊動的節能機制和最優隊形排列規則，有助於人們了解大自然的奧秘，並能夠有效指導仿生機器魚的群遊行為和控制，具有重要的科學意義和套用價值。主要研究內容：（1）開展基於擺頻控制和擺幅控制的仿生魚自主遊動數值模擬新方法在魚群自主遊動中的有效性和可靠性研究；（2）系統研究不同雷諾數下兩條、三條和多條仿生魚在自主遊動情況下的水動力學特性。通過與單條仿生魚自主遊動的對比，分析雷諾數和各種排列方式對遊動速度、能耗、推進效率和尾渦結構的影響，得出最節能的魚群排列規則，為揭示魚群遊動的節能機理提供理論基礎。
結題摘要
群游是魚類所普遍具有的特性，它能夠有效提高魚類自身的遊動效率，達到節能的目的。揭示魚群遊動的節能機制和最優隊形排列規則，有助於人們了解大自然的奧秘，並能夠有效指導仿生機器魚的群遊行為和控制，具有重要的科學意義和套用價值。本項目採用基於浸沒邊界方法和自適應格線投影法相結合的數值模擬方法，系統研究了單條、兩條、三條和多條仿生魚在自主遊動情況下的水動力學特性，得出如下研究結果：（1）提出了一種類似汽車換檔的仿生魚最節能遊動方式。仿生魚根據游速所處的不同範圍像汽車換檔一樣切換不同的擺幅，而擺頻就像汽車的油門一樣可以在該游速範圍內用來調節具體的游速；（2）提出了一種魚群自主遊動的方向和速度控制策略。遊動速度利用擺頻來進行控制，遊動方向利用魚體前部擺動來進行控制，魚體前部的彎曲方向即為遊動的調整方向，魚體前部用來控制方向的部分越長則轉彎半徑越小；（3）並列遊動會導致阻力和能耗增大，且側向間距越小，能耗越高。因此，魚群在遊動過程中側向間距至少應保持在0.5個身長以上；（4）串列遊動時，下游魚的阻力會增加，但功耗會減少，表明下游魚從上游魚的尾渦中吸收了能量，達到了節能的效。當水平間距較小時，下游魚會對上游魚產生一定的反推作用，從而使其阻力減小。結果還表明高推進效率並不意味著高節能效率，從整體平均節能效果來看，反相位遊動時節能效果比同相位時顯著，平均節能效率達到22.4%。（5）魚群遊動中，前列魚的“槽道效應”對後面的魚影響很小，節能主要來自對正前方魚尾渦的利用。本項目研究成果為機器魚的開發與套用提供了理論基礎。
