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Morphological Measurement and Analysis of Gymnarchus Niloticus 被引量:10
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作者 Hu Tian-jiang Li Fei Wang Guang-ming Shen Lin-cheng 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2005年第1期25-31,共7页
Gyrnnarchus niloticus swims by undulations of a long-based dorsal fin, while its body axis is in many cases held straight during swimming. This paper provides a brief relevant introduction to Gyrnnarchus niloticus, wh... Gyrnnarchus niloticus swims by undulations of a long-based dorsal fin, while its body axis is in many cases held straight during swimming. This paper provides a brief relevant introduction to Gyrnnarchus niloticus, which belongs to the African freshwater electric eels but can inspire our bionic interests in propulsion besides its abilities in electric sensing. A special larva of Gyrnnarchus niloticus was morphologically measured by photographing it with a piece of scale-calibrated paper as the background. Then we analyzed the data by a CFD-aided approach. Detailed flow patterns around the larva and a NACA0012 hydrofoil were respectively calculated and visualized at the Reynolds number of 7350 or so. The results show that the profile of Gyrnnarchus niloticus is well streamlined. 展开更多
关键词 BIONIC gymnarchus niloticus morphological measurement CFD-based analysis streamlined profile
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CFD Validation of the Optimal Arrangement of the Propulsive Dorsal Fin of Gymnarchus niloticus 被引量:3
2
作者 Hu Tian-jiang Shen Lin-cheng Gong Pei-ling 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2006年第3期139-146,共8页
Gymnarchus niloticus, a typical freshwater fish, swims by undulations of a long-based dorsal fin aided by the two pectoral fins, while commonly it holds its body rigid and straight. The long flexible dorsal fin is the... Gymnarchus niloticus, a typical freshwater fish, swims by undulations of a long-based dorsal fin aided by the two pectoral fins, while commonly it holds its body rigid and straight. The long flexible dorsal fin is the main propulsor of G niloticus; it has also considerable influence on the streamline profile. This paper proposes a CFD approach to validate that the natural arrangement of the propulsive dorsal fin is optimal. Using morphological data and a smoothness-keeping algorithm, the dorsal fin is ‘virtually' moved forward and backward with several displacements from the natural location. For each case, we reconstruct geometry, generate CFD grids, and calculate the pressure, viscous and total drag coefficients respectively. The results show that the pressure and total drag coefficients increase whether the dorsal fin is displaced forward or backward, and that greater displacement from its original position leads to greater pressure and total drag coefficients. This suggests that the natural position of the dorsal fin is significant for maintaining the fish's streamline profile and reducing drag. 展开更多
关键词 gymnarchus niloticus CFD validation smoothness-keeping algorithm streamline profile drag coefficients
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Locomotion of Gymnarchus Niloticus: Experiment and Kinematics 被引量:1
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作者 Li Fei Hu Tianojiang Wang Guang-ming Shen Lin-cheng 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2005年第3期115-121,共7页
In addition to forward undulatory swimming, Gymnarchus niloticus can swim via undulations of the dorsal fin while the body axis remains straight; furthermore, it swims forward and backward in a similar way, which indi... In addition to forward undulatory swimming, Gymnarchus niloticus can swim via undulations of the dorsal fin while the body axis remains straight; furthermore, it swims forward and backward in a similar way, which indicates that the undulation of the dorsal fin can simultaneously provide bidirectional propulsive and maneuvering forces with the help of the tail fin. A high-resolution Charge-Coupled Device (CCD) imaging camera system is used to record kinematics of steady swimming as well as maneuvering in G. niloticus. Based on experimental data, this paper discusses the kinematics (cruising speed, wave speed, cycle frequency, amplitude, lateral displacement) of forward as well as backward swimming and maneuvering. During forward swimming, the propulsive force is generated mainly by undulations of the dorsal fin while the body axis remains straight. The kinematic parameters (wave speed, wavelength, cycle frequency, amplitude) have statistically significant correlations with cruising speed. In addition, the yaw at the head is minimal during steady swimming. From experimental data, the maximal lateral displacement of head is not more than 1% of the body length, while the maximal lateral displacement of the whole body is not more than 5% of the body length. Another important feature is that G. niloticus swims backwards using an undulatory mechanism that resembles the forward undulatory swimming mechanism. In backward swimming, the increase of lateral displacement of the head is comparatively significant; the amplitude profiles of the propulsive wave along the dorsal fin are significantly different from those in forward swimming. When G. niloticus does fast maneuvering, its body is first bent into either a C shape or an S shape, then it is rapidly unwound in a travelling wave fashion. It rarely maneuvers without the help of the tail fin and body bending. 展开更多
关键词 KINEMATICS gymnarchus niloticus forward and backward swimming undulatory waves lateral motion
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“尼罗河魔鬼”柔性长鳍运动曲面建模与仿真 被引量:8
4
作者 谢海斌 沈林成 胡天江 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期62-66,94,共6页
以“尼罗河魔鬼”柔性长背鳍的波动运动为研究对象,综合考虑影响柔性长鳍运动建模的诸因素,建立了描述柔性长鳍波动运动时动态曲面的数学模型,并根据试验观测获得的仿生对象相关数据及对运动学模型中相关要素的简化假设,对仿生对象鱼体... 以“尼罗河魔鬼”柔性长背鳍的波动运动为研究对象,综合考虑影响柔性长鳍运动建模的诸因素,建立了描述柔性长鳍波动运动时动态曲面的数学模型,并根据试验观测获得的仿生对象相关数据及对运动学模型中相关要素的简化假设,对仿生对象鱼体及柔性长鳍动态曲面进行仿真计算,通过与试验观测获得的照片进行对比,表明建立的柔性长鳍运动曲面模型通过合理设置各种参数,能够较好地描述柔性长鳍的波动运动,具有较强的适应性和通用性。柔性长鳍运动学模型的建立为其动力学研究及其基于有限元方法的仿真计算奠定了数学基础。 展开更多
关键词 尼罗河魔鬼 柔性长鳍 运动曲面 建模 仿真
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柔性长鳍波动推进动力学分析 被引量:6
5
作者 谢海斌 沈林成 张代兵 《力学与实践》 CSCD 北大核心 2006年第4期14-19,共6页
以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,研究了“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动推进动力学原理.首先基于鳍条正弦摆动的假设,建立了鳍面波动曲面模型,然后根据抗体理论的基本思想及修正后的流体假设分析了柔性长鳍波动... 以基于柔性长鳍波动推进的仿生水下机器人试验模型为背景,研究了“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动推进动力学原理.首先基于鳍条正弦摆动的假设,建立了鳍面波动曲面模型,然后根据抗体理论的基本思想及修正后的流体假设分析了柔性长鳍波动的推力产生机理,并获得其动力学模型,最后通过仿真手段,得到了试验模型的仿生柔性长鳍鳍面波动引起的流体动力及力矩公式,为仿生水下机器人的动力学分析和控制系统设计提供了理论依据. 展开更多
关键词 柔性长鳍 波动推进 水下机器人 尼罗河魔鬼 动力学分析
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“尼罗河魔鬼”长背鳍波动包络线的提取算法 被引量:6
6
作者 胡天江 李非 沈林成 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期67-72,共6页
“尼罗河魔鬼”采用长背鳍波动推进方式,属于典型的奇鳍/对鳍推进鱼类。在已有的理论模型中,细长体理论(Elongated-body theory)较为适合于分析该类游动方式的推进性能。长背鳍的波动包络线方程是细长体理论的必要参数。拍摄实验样本(MP... “尼罗河魔鬼”采用长背鳍波动推进方式,属于典型的奇鳍/对鳍推进鱼类。在已有的理论模型中,细长体理论(Elongated-body theory)较为适合于分析该类游动方式的推进性能。长背鳍的波动包络线方程是细长体理论的必要参数。拍摄实验样本(MPC-I)的自由游动视频,从中选取多组平稳运动图像序列,经旋转校正、零点配准、尺度归一、小波去噪等预处理后,提取了柔性长背鳍波动推进时的顶端边缘轮廓样本曲线簇,进而给出了波动包络曲线的多项式拟合方程。实验结果表明长背鳍波动包络线提取算法是有效的,根据算法所提取的长背鳍波动包络线方程为后续的推进力及推进效率的分析奠定了基础。 展开更多
关键词 尼罗河魔鬼 柔性长背鳍 波动包络线 多项式拟合方程 奇鳍 对鳍推进 水下仿生推进
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柔性长鳍波动推进试验及分析 被引量:4
7
作者 王光明 沈林成 +1 位作者 胡天江 李非 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期98-102,共5页
以依靠长背鳍推进的“尼罗河魔鬼”为研究对象,对柔性长鳍波动推进模式的运动学进行了研究。介绍了“尼罗河魔鬼”巡航游动试验的实验原理及方法,通过试验揭示了波动柔性长背鳍的形态学特征、运动特性及运动参数间的相关性,定性描述了... 以依靠长背鳍推进的“尼罗河魔鬼”为研究对象,对柔性长鳍波动推进模式的运动学进行了研究。介绍了“尼罗河魔鬼”巡航游动试验的实验原理及方法,通过试验揭示了波动柔性长背鳍的形态学特征、运动特性及运动参数间的相关性,定性描述了“尼罗河魔鬼”正、逆向行进时背鳍产生波形的差异,在此基础上建立了柔性长鳍波动的运动学简化模型,利用细长体理论估算样本巡航游动时的水动力学效率大于83.12%。 展开更多
关键词 尼罗河魔鬼 长背鳍 波动 运动学模型
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柔性长鳍仿生装置波动控制技术 被引量:4
8
作者 谢海斌 张代兵 沈林成 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期99-103,共5页
以“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动运动为背景,主要研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制技术。首先研究了柔性长鳍推进波产生原理及其技术实现方案;其次,针对仿生装置的实际系统建立了鳍面运动学模型,从中提取了能够实现柔性长鳍多种波动模... 以“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动运动为背景,主要研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制技术。首先研究了柔性长鳍推进波产生原理及其技术实现方案;其次,针对仿生装置的实际系统建立了鳍面运动学模型,从中提取了能够实现柔性长鳍多种波动模式的波动控制参数,并对柔性长鳍几种特定波动模式的实现方法进行了仿真研究;进一步,根据仿生装置的物理约束条件提出了控制参数的合法性判据;最后,研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制策略及其控制流程。研究结果表明柔性长鳍仿生装置通过合理设置控制参数能够模拟仿生对象的多种波动运动模式,并实现推进波的多参数控制,能够满足柔性长鳍多种波动参数下的非定常流体动力学测试的需要。 展开更多
关键词 尼罗河魔鬼 柔性长鳍 仿生装置 波动控制 波动模式
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仿生波动长鳍运动学建模及算法研究 被引量:1
9
作者 胡天江 沈林成 +2 位作者 李非 王光明 韩小云 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期1-7,共7页
长鳍波动推进鱼类在稳定性、机动性、低速下状态保持等方面较其它鱼类有着显著优势.本文将鱼类波动长鳍抽象为零厚度理想波动面,引入直纹面建立曲线坐标意义下波动长鳍的运动学模型,描述了长鳍波动推进时的非等幅波动、非对称波形等运... 长鳍波动推进鱼类在稳定性、机动性、低速下状态保持等方面较其它鱼类有着显著优势.本文将鱼类波动长鳍抽象为零厚度理想波动面,引入直纹面建立曲线坐标意义下波动长鳍的运动学模型,描述了长鳍波动推进时的非等幅波动、非对称波形等运动特征.面向理论分析和数值模拟,进一步扩充直纹面模型,使之满足弯曲基线、非零厚度等长鳍形态及运动特征,进而建立笛卡尔坐标系下的长鳍波动描述方程,相应地,设计了鱼类长鳍波动推进的运动描述算法.根据给定形体和运动参数,对零厚度理想波动板和弓鳍目"尼罗河魔鬼"鱼进行运动学仿真,验证了运动学模型及运动描述算法的有效性. 展开更多
关键词 波动长鳍 直纹面 运动学模型 波动描述算法 “尼罗河魔鬼”
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