第6期 2017年6月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)06006204
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 06. 016
扑翼滑翔水下机器人结构设计与CFD分析
卞泽武，钟佩恩，张金峰，郑义，杨
梅
（山东科技大学先进制造技术研究中心，山东青岛266590）
No.6 Jun.2017
摘要：文章针对海底管线必须定期进行检测这种情况，提出利用扑冀滑期水下机器人对海底管线进行检测的方案，并对扑翼滑翔水下机器人的总体结构、动力装置和浮力调节装置等进行了结构设计。利用FLUENT软件，对水下机器人在滑期状态时，仿生扑翼的几种不同俯仰角度和外形尺寸进行了数值分析；结采表明，当仿生扑翼的俯仰角为5°和增大仿生扑翼的展弦比和根梢比时，水下机器人具有较优的大升阻比流体动力性能
关键词：扑翼滑翔；水下器人；仿生扑翼；CFD；升阻比
中图分类号：TH165：TG659
文献标识码：A
Structure Design of Flapping-Wing and Gliding Underwater Vehicle and CFD Analysis
BIAN Ze-wu, ZHONG Pei-si, ZHANG Jin-feng, ZHENG Yi, YANG Mei
( Advanced Manufacturing Technology Center, Shandong University of Science and Technology , Qingdao Shan-dong 266590,China)
Abstract : In this paper, using the flapping-wing and gliding underwater vehicle to detect the subsea pipeline is be proposed which for the situation that subsea pipeline must be regularly detect. And the overall structure of the flapping-wing and gliding underwater vehicle, power plant and buoyancy adjusting device is be de-signed. Using computational fluid dynamics software FLUENT for underwater vehicle in the state of gliding bionic flapping-wing pitching Angle, and a few different shapes of bionic flapping-wing size has carried on the numerical analysis. Results show that when the bionic flapping-wing pitching Angle of 5 °, and increas-ing the flapping wing aspect ratio and root shoot ratio, Underwater robots hold the Alleged hydrodynamic performance with big lift to drag ratio
Key words: flapping-wing and glide; underwater vehicle; bionic flapping wing; CFD; lift-to-drag ratio
0引言
海底管道是海洋油（气）田开发的重要组成部分、
海底管道由于复杂的海底环境、波浪的侵蚀和沙波移动等因素的影响，极易遭到腐蚀和破坏。为了保证海底管道的安全运营，需要经常对海底管线进行检测，应用水下机器人对海底管线进行检测具有作业深度深、时间长、范围广等优点。传统的水下机器人大多采用螺旋桨推进方式，而螺旋桨推进器具有能耗高、综合效率低等特点，限制了水下机器人的作业范围。
仿生水下机器人因为具有高速、低噪音、机动灵活等特点，成为了近年来水下机器人研究领域的热点。科研工作者通过研究水下生物的运动机理，设计出了多种仿照水下生物运动的仿生水下机器人。仿生水下机器人的推进方式可以分为摆动推进、划动推进、扑翼推进和喷射推进等。其中，扑翼推进具有推进效率高、灵活性好、能耗低等优点。
近年来，国内对于水下滑期航行器的研究取得了很大的进展，同时在扑翼推进技术方面，也取得了一定
收稿日期：20160907：修回日期：20161014
的成果。但是将两种技术相互结合，设计一种兼顾扑翼推进和滑期技术的仿生水下机器人，国内外的相关研究还在起步阶段。西北工业大学的丁浩[]等设计了一款扑翼滑期水下航行器，很好的将扑翼推进技术与滑翔技术结合在一起。航行器可在水下实现前进、倒退、上浮、下潜、转弯等基本动作，具有自主航行能力，能在扑翼推进与滑期推进2种运动模式间转换。本文结合扑翼推进技术和水下滑期技术，设计了一款利用水下视觉系统进行自主导航，可用于海底管道检测的扑翼滑翔水下机器人。
1扑翼滑翔水下机器人结构设计 1.1扑翼滑期水下机器人总体结构
本文仿照海龟这种扑翼游动生物，设计了一种可进行扑翼滑翔的水下机器人。扑翼滑翔水下机器人的前端扑翼在扑翼运动时，为水下机器人提供动力，在滑翔时为水下机器人提供升力。对于单纯的扑翼水下机器人来说，扑翼需要安装在水下机器人的前端，而对于
作者简介：下泽武(1990—），男，山东博兴人，山东科技大学预士研究生，研究方向为水下机器人技术，（E-mail)bianzewu@q-com；通讯作者：钟
佩思（1966一)，男，山东莱阳人，山东科技大学教授，博士，博士生导师，研究方向为并行工程与虚拟样机技术、数控技术与机器人、智能设计与制造等,(Email)psxhong@163,com
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