仿鲤鱼机器鱼推进性能的实验与数值模拟研究的开题报告

仿鲤鱼机器鱼推进性能的实验与数值模拟研究的开题报告1.研究背景机器鱼是一种基于仿生学原理的机器人，其外形和动作均模仿真实鱼类。机器鱼可以在水中自由游动，具有高度的机动性和灵活性，被广泛应用于水下探测、水产养殖、环境监测等领域。鲤鱼是一种常见的淡水鱼类，具有较好的游泳性能，因此仿鲤鱼的机器鱼成为了研究的热点之一。机器鱼在游动过程中需要克服水流阻力和重力影响，因此推进性能是其重要的研究对象。目前，研究者们主要采用实验测试和数值模拟相结合的方法，探究机器鱼不同结构和运动方式下的推进性能。2.研究内容本次研究旨在探究仿鲤鱼机器鱼的推进性能，具体包括以下内容：（1）实验测试：通过搭建仿鲤鱼机器鱼的实验平台，利用测力计、高速相机等测试设备，对其游动过程中的推进力、游速、动态特性等进行实时监测和数据记录。（2）数值模拟：借助计算流体力学（CFD）方法，创建仿真模型，并模拟机器鱼在不同角度和速度下的游动过程，同时分析水流场及其对机器鱼的影响。（3）综合分析：将实验数据和数值模拟结果进行整合和比对，探究仿鲤鱼机器鱼的游动特点和推进性能影响因素，为进一步改进和优化机器鱼设计提供参考。3.研究意义本研究对于深入了解机器鱼推进性能具有重要的意义，具体表现在以下方面：（1）为机器鱼设计和优化提供理论依据和技术支持，提高机器鱼的实用性和应用价值。（2）探究仿生学在机器人领域中的应用，为其他仿生机器人的研究提供借鉴和借鉴。（3）拓展水下探测、水产养殖和环境监测等领域的应用范围，为人类社会的可持续发展做出贡献。4.研究方法本研究采用实验测试和数值模拟相结合的研究方法，具体包括以下步骤：（1）搭建仿鲤鱼机器鱼实验平台，设置实验参数和测试设备。（2）进行实验测试，记录机器鱼游泳过程中的推进力、游速、动态特性等数据。（3）基于CFD方法，创建仿真模型，模拟机器鱼在不同角度和速度下的游动过程，计算水流场及其对机器鱼的影响。（4）分析实验数据和数值模拟结果，探究机器鱼的游动特点和推进性能影响因素。（5）对实验数据和数值模拟结果进行综合分析和比对，提出机器鱼设计改进的建议。5.预期结果本次研究的预期结果主要包括以下几个方面：（1）通过实验测试和数值模拟，获得仿鲤鱼机器鱼在不同角度和速度下的推进力、游速、动态特性等数据。（2）分析机器鱼游动特点和推进性能影响因素，提出机器鱼设计改进的建议。（3）促进机器鱼技术的发展和应用，为提高水下探测、水产养殖和环境监测等领域的效率和环保程度做出贡献。6.计划进度本次研究计划于2021年9月开始，预计于2022年6月完成，具体进度如下：（1）2021年9月-10月：文献调研及技术准备。（2）2021年11月-2022年2月：建立实验平台，进行实验测试。（3）2022年3月-2022年5月：建立数值模拟模型，进行数值模拟研究。（4）2022年6月：数据统计、分析和撰写论文。7.参考文献[1]冉强,杨福民,张光谦.仿生机器鱼研究进展[J].机器人,2016(5):574-581.[2]ChenY,FanK,MaQ,etal.Hydrodynamicsofafishrobotinforwardmotion:effectsofthebodyandcaudalfin[J].TheoreticalandAppliedMechanicsLetters,2013,3(4):041012.[3]GemmellBJ,CostelloJH.3Dwakestructureandwingkinematicsofaforward