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基于缩比模型的水下滑翔机运动相似性研究
1
作者
刘玉红
冯登雪
+2 位作者
邓
仕
晗
刘书赫
朱亚强
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期119-126,共8页
利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似.以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应...
利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似.以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应当满足相似准则以及相似转换关系.采用计算流体动力学方法计算了不同缩比情况下水下滑翔机的升力系数及阻力系数,得到了尺度相似比与升力系数、阻力系数的关系.分析表明,在稳定滑翔状态下,水下滑翔机缩比模型与原型运动相似需要满足弗劳德准则;在该准则下,在一定的缩尺比范围内,升力系数与阻力系数的尺度效应并不明显,以尺度相似比为0.5设计缩比模型最为合适.通过水池试验获得了缩比模型在一定俯仰角下的速度、升阻比等运动参数,试验结果表明:缩比模型与原型间存在运动相似性;缩比模型在水池试验中得到的横向速度、垂向速度和升阻比与水下滑翔机原型海试结果吻合较好,相对误差满足工程误差要求.论文提出的利用水下滑翔机缩比模型对原型运动参数和滑翔经济性进行预报切实可行,可为大型水下滑翔机的设计提供实验室验证平台,对于缩短研发周期具有重要意义.
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关键词
水下滑翔机
缩比模型
相似理论
运动相似
滑翔经济性
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职称材料
线驱动仿海豹尾部推进机构设计与运动学分析
被引量：
1
2
作者
刘玉红
刘书赫
+2 位作者
邓
仕
晗
李厚存
冯登雪
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第2期133-142,共10页
仿生推进由于具有速度快、效率高、机动性好、噪声污染低等优势,在水下机器人领域备受青睐.基于对海豹尾部生物结构及运动特征的研究,提出并设计了一种基于线驱动原理并结合柔性铰链机构的仿海豹尾部摆动推进机构.该机构包括脊椎框架单...
仿生推进由于具有速度快、效率高、机动性好、噪声污染低等优势,在水下机器人领域备受青睐.基于对海豹尾部生物结构及运动特征的研究,提出并设计了一种基于线驱动原理并结合柔性铰链机构的仿海豹尾部摆动推进机构.该机构包括脊椎框架单元、骨盆单元、胫骨单元以及柔性尾鳍单元,其关节采用柔性铰链,并通过两侧弹性元件的对称布置,可实现由单一舵机驱动仿生推进机构实现周期性摆动动作.采用D-H参数法对推进机构进行运动学分析,确定了推进机构尾鳍末端点在世界坐标系中的坐标,研究了仿生推进机构等效连杆摆角参数(摆动角、摆动幅值、初始角)对推进机构摆动幅值的影响规律.根据运动学分析结果,采用序列二次规划法对设计的仿生推进机构等效连杆摆角参数进行了优化,获得了与海豹尾部摆动幅值一致的最佳运动参数;在与海豹相同的游动速度下,推进机构尾鳍末端点的摆动轨迹与生物海豹的摆动轨迹基本吻合,验证了优化分析的正确性.在空气中进行原理样机摆动实验,通过摄像机连续拍摄的运动序列图,获得了实验样机尾鳍的摆动轨迹拟合曲线,与优化后的理论曲线对比,进一步验证了仿海豹尾部推进机构设计与分析的正确性.
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关键词
仿海豹尾部推进机构
线驱动
柔性铰链
运动学分析
D-H参数法
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职称材料
题名
基于缩比模型的水下滑翔机运动相似性研究
1
作者
刘玉红
冯登雪
邓
仕
晗
刘书赫
朱亚强
机构
天津大学机械工程学院
出处
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期119-126,共8页
基金
国家重点研发计划资助项目(2019YFC0311701)
国家自然科学基金资助项目(51675372,51721003)。
文摘
利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似.以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应当满足相似准则以及相似转换关系.采用计算流体动力学方法计算了不同缩比情况下水下滑翔机的升力系数及阻力系数,得到了尺度相似比与升力系数、阻力系数的关系.分析表明,在稳定滑翔状态下,水下滑翔机缩比模型与原型运动相似需要满足弗劳德准则;在该准则下,在一定的缩尺比范围内,升力系数与阻力系数的尺度效应并不明显,以尺度相似比为0.5设计缩比模型最为合适.通过水池试验获得了缩比模型在一定俯仰角下的速度、升阻比等运动参数,试验结果表明:缩比模型与原型间存在运动相似性;缩比模型在水池试验中得到的横向速度、垂向速度和升阻比与水下滑翔机原型海试结果吻合较好,相对误差满足工程误差要求.论文提出的利用水下滑翔机缩比模型对原型运动参数和滑翔经济性进行预报切实可行,可为大型水下滑翔机的设计提供实验室验证平台,对于缩短研发周期具有重要意义.
关键词
水下滑翔机
缩比模型
相似理论
运动相似
滑翔经济性
Keywords
underwater glider
scaled model
similarity theory
motion similarity
gliding economy
分类号
N945 [自然科学总论—系统科学]
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职称材料
题名
线驱动仿海豹尾部推进机构设计与运动学分析
被引量：
1
2
作者
刘玉红
刘书赫
邓
仕
晗
李厚存
冯登雪
机构
天津大学机械工程学院
出处
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第2期133-142,共10页
基金
国家自然科学基金资助项目(51675372,51721003)
天津市自然科学基金资助项目(18JCTPJC49100).
文摘
仿生推进由于具有速度快、效率高、机动性好、噪声污染低等优势,在水下机器人领域备受青睐.基于对海豹尾部生物结构及运动特征的研究,提出并设计了一种基于线驱动原理并结合柔性铰链机构的仿海豹尾部摆动推进机构.该机构包括脊椎框架单元、骨盆单元、胫骨单元以及柔性尾鳍单元,其关节采用柔性铰链,并通过两侧弹性元件的对称布置,可实现由单一舵机驱动仿生推进机构实现周期性摆动动作.采用D-H参数法对推进机构进行运动学分析,确定了推进机构尾鳍末端点在世界坐标系中的坐标,研究了仿生推进机构等效连杆摆角参数(摆动角、摆动幅值、初始角)对推进机构摆动幅值的影响规律.根据运动学分析结果,采用序列二次规划法对设计的仿生推进机构等效连杆摆角参数进行了优化,获得了与海豹尾部摆动幅值一致的最佳运动参数;在与海豹相同的游动速度下,推进机构尾鳍末端点的摆动轨迹与生物海豹的摆动轨迹基本吻合,验证了优化分析的正确性.在空气中进行原理样机摆动实验,通过摄像机连续拍摄的运动序列图,获得了实验样机尾鳍的摆动轨迹拟合曲线,与优化后的理论曲线对比,进一步验证了仿海豹尾部推进机构设计与分析的正确性.
关键词
仿海豹尾部推进机构
线驱动
柔性铰链
运动学分析
D-H参数法
Keywords
propulsion mechanism inspired by the seal aft fin
wire-driven
flexible hinge
kinematics analysis
D-H parameter method
分类号
TH113.2 [机械工程—机械设计及理论]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于缩比模型的水下滑翔机运动相似性研究
刘玉红
冯登雪
邓
仕
晗
刘书赫
朱亚强
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
下载PDF
职称材料
2
线驱动仿海豹尾部推进机构设计与运动学分析
刘玉红
刘书赫
邓
仕
晗
李厚存
冯登雪
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
1
下载PDF
职称材料
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