机械工程学报

作者：任枭荣, 娄军强, 贾振, 杨依领, 陈特欢, 孟浩锋

单位：1. 宁波大学机械工程与力学学院 宁波 315211;2. 浙江大学工业控制技术国家重点实验室 杭州 310027

关键词：锦鲤尾鳍,水下推进器,MFC,流固耦合,BCF推进模式；

基金：国家自然科学基金（51505238，61703217，51805276）、浙江省自然科学基金（LQ18E050003）和浙江大学工业控制技术国家重点实验室开放课题（ICT1800390）资助项目。

宏压电纤维复合材料（Macro fiber composite，MFC）克服了传统压电材料在韧性和脆性方面的不足，具有驱动变形大、柔韧性好且防水性好的优点，在仿生变形驱动领域具有广泛的应用前景。模仿锦鲤鱼类的形态特征和身体/尾鳍（Body or caudal fin，BCF）游动推进模式，提出了一种MFC致动的仿鲤鱼尾鳍式小型水下推进器。在峰值1 000 V、频率7.5 Hz的简谐激励电压下，试验测得推进器末端水下最大摆速154.5 mm/s。采用计算流体力学（Computational fluid dynamics，CFD）分析了推进器摆动过程中周围流场分布及变化情况。仿真结果表明，推进器在稳定推进阶段产生的瞬时最大推进力和平均推进力分别为9.8 mN和4.22 mN，与Lighthill细长体理论一致；同时从推进器周围的周期平均流场结构中观察到了一片流速约为推进器结构最大摆速2倍的高速流场区域，且始终存在着一对对称分布、旋向相反的涡环结构沿着推进器顺流而下，因此产生一股高速水流从推进器尾部喷射而出，而推进器在高速水流的反作用力下向前推进，从而揭示了仿鲤鱼尾鳍式小型水下推进器的流固耦合特性和推进机理。

来源：2019年第20期

《机械工程学报》期刊编辑部

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