仿鯉魚機器魚推進性能的實驗與數值模擬研究的開題報告

仿鯉魚機器魚推進性能的實驗與數值模擬研究的開題報告1.研究背景機器魚是一種基于仿生學原理的機器人，其外形和動作均模仿真實魚類。機器魚可以在水中自由游動，具有高度的機動性和靈活性，被廣泛應用于水下探測、水產養(yǎng)殖、環(huán)境監(jiān)測等領域。鯉魚是一種常見的淡水魚類，具有較好的游泳性能，因此仿鯉魚的機器魚成為了研究的熱點之一。機器魚在游動過程中需要克服水流阻力和重力影響，因此推進性能是其重要的研究對象。目前，研究者們主要采用實驗測試和數值模擬相結合的方法，探究機器魚不同結構和運動方式下的推進性能。2.研究內容本次研究旨在探究仿鯉魚機器魚的推進性能，具體包括以下內容：（1）實驗測試：通過搭建仿鯉魚機器魚的實驗平臺，利用測力計、高速相機等測試設備，對其游動過程中的推進力、游速、動態(tài)特性等進行實時監(jiān)測和數據記錄。（2）數值模擬：借助計算流體力學（CFD）方法，創(chuàng)建仿真模型，并模擬機器魚在不同角度和速度下的游動過程，同時分析水流場及其對機器魚的影響。（3）綜合分析：將實驗數據和數值模擬結果進行整合和比對，探究仿鯉魚機器魚的游動特點和推進性能影響因素，為進一步改進和優(yōu)化機器魚設計提供參考。3.研究意義本研究對于深入了解機器魚推進性能具有重要的意義，具體表現在以下方面：（1）為機器魚設計和優(yōu)化提供理論依據和技術支持，提高機器魚的實用性和應用價值。（2）探究仿生學在機器人領域中的應用，為其他仿生機器人的研究提供借鑒和借鑒。（3）拓展水下探測、水產養(yǎng)殖和環(huán)境監(jiān)測等領域的應用范圍，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。4.研究方法本研究采用實驗測試和數值模擬相結合的研究方法，具體包括以下步驟：（1）搭建仿鯉魚機器魚實驗平臺，設置實驗參數和測試設備。（2）進行實驗測試，記錄機器魚游泳過程中的推進力、游速、動態(tài)特性等數據。（3）基于CFD方法，創(chuàng)建仿真模型，模擬機器魚在不同角度和速度下的游動過程，計算水流場及其對機器魚的影響。（4）分析實驗數據和數值模擬結果，探究機器魚的游動特點和推進性能影響因素。（5）對實驗數據和數值模擬結果進行綜合分析和比對，提出機器魚設計改進的建議。5.預期結果本次研究的預期結果主要包括以下幾個方面：（1）通過實驗測試和數值模擬，獲得仿鯉魚機器魚在不同角度和速度下的推進力、游速、動態(tài)特性等數據。（2）分析機器魚游動特點和推進性能影響因素，提出機器魚設計改進的建議。（3）促進機器魚技術的發(fā)展和應用，為提高水下探測、水產養(yǎng)殖和環(huán)境監(jiān)測等領域的效率和環(huán)保程度做出貢獻。6.計劃進度本次研究計劃于2021年9月開始，預計于2022年6月完成，具體進度如下：（1）2021年9月-10月：文獻調研及技術準備。（2）2021年11月-2022年2月：建立實驗平臺，進行實驗測試。（3）2022年3月-2022年5月：建立數值模擬模型，進行數值模擬研究。（4）2022年6月：數據統(tǒng)計、分析和撰寫論文。7.參考文獻[1]冉強,楊福民,張光謙.仿生機器魚研究進展[J].機器人,2016(5):574-581.[2]ChenY,FanK,MaQ,etal.Hydrodynamicsofafishrobotinforwardmotion:effectsofthebodyandcaudalfin[J].TheoreticalandAppliedMechanicsLetters,2013,3(4):041012.[3]GemmellBJ,CostelloJH.3Dwakestructureandwingkinematicsofaforward