15、仿生水下滑翔机器人的滑翔优化策略与控制设计

仿生水下滑翔机器人的滑翔优化策略与控制设计

1 胸鳍滑翔优化能力分析

1.1 胸鳍设计

考虑到水下滑翔机器人的尺寸，设计了六种不同弦长和翼展的典型胸鳍，分别用 P1 到 P6 表示，采用 NACA 0012 - 64 翼型，其形状和表面在 SolidWorks 中用相似参数生成。这些胸鳍涵盖了相同弦长、相同翼展、相同展弦比和相似截面积的情况，具体尺寸如下表所示：
| 编号 | 弦长 | 翼展 | 展弦比 | 截面积 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| P1 | 50 mm | 50 mm | 1 | 1667 mm² |
| P2 | 50 mm | 75 mm | 1.5 | 2500 mm² |
| P3 | 75 mm | 75 mm | 1 | 3750 mm² |
| P4 | 100 mm | 75 mm | 0.75 | 5000 mm² |
| P5 | 50 mm | 100 mm | 2 | 3333 mm² |
| P6 | 75 mm | 100 mm | 1.33 | 5000 mm² |

1.2 胸鳍水动力分析

胸鳍对机器人本体施加的力主要源于其水动力。为探索优化能力，首先分析其水动力。一般情况下，水动力用攻角的一阶或二阶项表示，但仅适用于攻角在小范围内变化的情况。在瞬态滑翔过程中，胸鳍攻角可能在 - 90°到 90°之间变化，因此在滑翔运动优化中应考虑完整的水动力模型。

基于 CFD 模拟估算水动力（包括阻力和升力）。采用准稳态升阻模型方法，使用 SolidWorks 中的 Fl