目錄
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 3
1.2.1 波動推進機器人研究現(xiàn)狀 3
1.2.2 仿生波動推進機制 12
1.2.3 仿生波動推進水動力數(shù)值預(yù)報 18
1.3 水下波動推進機器人研究存在的主要問題 24
1.4 本書內(nèi)容安排 26
參考文獻 28
第一部分 波動推進理論
第2章 基于沖量原理的波動推進水動力性能 37
2.1 波動推進生物模型 37
2.2 波動推進模型下的沖量理論 39
2.2.1 導數(shù)矩變換 39
2.2.2 廣義沖量公式 42
2.3 二維波動推進尾流模型 45
2.4 波動推進尾流渦旋模化 49
2.5 推力計算及參數(shù)分析 54
2.5.1 二維流場沖量計算 54
2.5.2 平均推力計算 56
2.6 本章小結(jié) 60
參考文獻 61
第3章 二維線性化波動推進數(shù)學模型 63
3.1 引言 63
3.2 波動推進模型下的流場控制方程與邊界條件 63
3.2.1 線性化流場模型 63
3.2.2 線性化流場邊界條件 65
3.3 波動推進模型下的黎曼-希爾伯特問題與普萊姆利公式 69
3.3.1 標量黎曼-希爾伯特問題與普萊姆利公式 69
3.3.2 奇異邊值問題的數(shù)學求解 73
3.4 復(fù)加速度勢函數(shù)特性分析 78
3.5 波動推進水動力性能計算 83
3.6 本章小結(jié) 89
參考文獻 90
第二部分 仿生波動推進水動力學
第4章 二維波動推進水動力性能預(yù)報與流場演化 95
4.1 引言 95
4.2 二維波動推進的流場數(shù)值模型 95
4.3 二維系牽模型下波動推進水動力性能預(yù)報 98
4.3.1 二維系牽模型下運動參數(shù)對推進性能的影響 98
4.3.2 二維系牽模型下流場結(jié)構(gòu)分析 106
4.4 二維系牽模型與理論模型結(jié)果對比 111
4.4.1 水動力合力 111
4.4.2 水動力功率 114
4.5 二維系牽模型下波動鰭尺度的影響 117
4.6 二維自推進模型下波動推進水動力性能預(yù)報 120
4.6.1 二維自推進模型下運動參數(shù)對推進性能的影響 120
4.6.2 二維自推進模型下流場結(jié)構(gòu)分析 126
4.6.3 二維系牽模型和二維自推進模型對比 129
4.7 復(fù)雜流場非定常效應(yīng)對二維波動推進水動力性能的影響 131
4.7.1 并列雙波動鰭推進水動力性能特性研究 131
4.7.2 水翼尾流對波動鰭推進性能的影響 163
4.7.3 二維波動推進在時變流場下的水動力演化規(guī)律 176
4.8 本章小結(jié) 189
參考文獻 190
第5章 三維波動推進水動力性能預(yù)報與流場演化 193
5.1 引言 193
5.2 三維約束浸入邊界法 193
5.2.1 數(shù)學模型 193
5.2.2 數(shù)值策略 195
5.2.3 求解算法可靠性驗證 196
5.3 波動運動參數(shù)對三維推進性能影響 198
5.3.1 網(wǎng)格模型 198
5.3.2 運動參數(shù)對水動力性能的影響 200
5.4 三維波動推進機制和流場渦結(jié)構(gòu)分析 205
5.4.1 三維流場收束效應(yīng) 205
5.4.2 運動參數(shù)對三維流場的影響 209
5.4.3 射流角 212
5.5 二維與三維波動推進特性對比 213
5.6 本章小結(jié) 218
參考文獻 219
第6章 三維波動推進水動力性能實驗 221
6.1 引言 221
6.2 波動推進實驗平臺設(shè)計 221
6.2.1 總體設(shè)計 221
6.2.2 樣機設(shè)計 222
6.3 三維波動推進水動力性能實驗測試原理 225
6.3.1 基本實驗原理 225
6.3.2 波動基線影響分析 227
6.4 三維波動推進性能變化規(guī)律驗證 229
6.4.1 推力變化規(guī)律驗證 229
6.4.2 實驗準確性對比 233
6.5 流場可視化結(jié)果分析 234
6.6 本章小結(jié) 239
參考文獻 240
第三部分 波動推進機器人性能
第7章 波動推進機器人水動力性能 245
7.1 引言 245
7.2 波動推進機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 245
7.2.1 總體需求設(shè)計 245
7.2.2 機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 246
7.2.3 機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 252
7.3 波動推進驅(qū)動控制優(yōu)化 260
7.3.1 中樞模式發(fā)生器的控制原理 260
7.3.2 基于Hopf振蕩器的CPG系統(tǒng)建模與特性 260
7.3.3 基于CPG模型的機器人多模態(tài)運動控制 268
7.4 波動推進機器人性能分析 271
7.4.1 波動推進機器人推進機理分析 271
7.4.2 波動推進機器人推力性能預(yù)測 278
7.4.3 波動推進機器人轉(zhuǎn)向性能預(yù)測 284
7.5 波動推進機器人推進性能實驗 287
7.5.1 實驗平臺設(shè)計 287
7.5.2 推力性能實驗 289
7.5.3 轉(zhuǎn)向性能實驗 291
7.6 本章小結(jié) 293
參考文獻 293
第8章 波動推進機器人水面穩(wěn)性分析 295
8.1 引言 295
8.2 波浪理論 295
8.2.1 常見波浪理論 295
8.2.2 波浪理論數(shù)值驗證 299
8.3 水面穩(wěn)性理論建模 301
8.3.1 水面穩(wěn)性理論 301
8.3.2 機器人穩(wěn)性建模 303
8.4 中部艙體穩(wěn)性優(yōu)化 304
8.4.1 中部艙體穩(wěn)性復(fù)原力矩計算 304
8.4.2 穩(wěn)性復(fù)原機理與結(jié)果對比 306
8.5 穩(wěn)性預(yù)測 310
8.5.1 靜水下穩(wěn)性預(yù)測 310
8.5.2 波浪下穩(wěn)性變化 314
8.6 波動推進機器人水面穩(wěn)性實驗 316
8.6.1 造浪實驗臺搭建 316
8.6.2 靜水工況下穩(wěn)性實驗 318
8.6.3 波浪工況下穩(wěn)性實驗 320
8.7 本章小結(jié) 322
參考文獻 322