仿生机器鱼鳍波动推进速度的理论分析和实验测试

为了提高仿鱼型推进器在水中运动的稳定性和机动性,该文选择了典型的依靠胸鳍波状运动产生推进力的蓝点魟为仿生对象,对胸鳍的结构进行简化,并基于这种简化模型设计了仿生波动鳍推进装置。详细介绍了该装置的机械结构和控制电路,通过理论计算和实验测试相结合的方法,全面分析了影响仿生机器鱼鳍推进器波动游动速度的各种因素,包括:波动频率及摆幅和波长等运动学参数、鳍面面积、流体介质密度及仿生鳍的重量等,揭示了各因素的影响规律。通过研究发现:仿生波动鳍推进速度基本上随着波动频率、摆幅和波长等运动学参数的增加而增大;随着鳍面面积或流体介质密度的增大,相同运动学参数下推进速度亦明显加快;此外,推进速度随着该仿生鳍的重量增加而略有降低。     

乌东德水电站集运鱼系统方案设计

以金沙江乌东德水电站集运鱼系统方案研究设计为例,开展了工程过鱼目标分析、总体方案研究及集运鱼系统设计.基于乌东德江段河道地形特征和工程布置特点,结合鱼类资源分布及生态习性特征,提出了"尾水集鱼、仿生集运、流水放殖"的总体过鱼方案,实现了"多点位、全深度、大流量"诱鱼,显著提高了集鱼效率.过坝后将鱼类安全运输至上游流水江...     

不同流速对鲫鱼推进效率影响的数值研究

鱼类趋流性的试验和鱼类游动的数值模拟是当前研究的两个热点,大多数鱼类不仅有趋流特性而且还能高效节能的向前推进,开展鱼类趋流性与推进效率关系的研究既能完善鱼类推进机理理论,也能在鱼道设计时提高其过鱼效率。本文以鲫鱼在不同恒定流速中的实测游泳数据为依据,利用计算流体力学软件flow-3d对鱼类波状摆动进行数值模拟,建立鲫鱼游动的数值计算模型,研究在不同流速下鲫鱼完成一个运动周期后所对应的推进效率。结果表明,随着流速的增大鱼的推进效率呈现出先增大后减小的变化趋势,当流速条件为0.5 m/s时对应的鱼类推进效率值最大,也是推进效率随流速变化的转折点。该研究获得了鲫鱼在顶流运动状态下鱼类推进效率与流速条件之间的相关关系。     

金枪鱼自主波动游动的数值模拟

鱼类游动问题蕴含着复杂的流体力学机理,其仿生问题同时又有着重要应用背景.该文运用人工伪压缩方法求解三维不可压缩非定常Navier-Stokes方程,计算分析金枪鱼从静止加速起动到巡游直至减速波动游动的全过程,得到鱼类游动时各状态的流场信息以及受力情况.同时结合计算结果,对鱼类游动过程进行了参数研究并且分析了鱼体推力产生的机理.计算结果分析表明:数值求解非定常Navier-Stokes方程能够模拟鱼体运动时的流场;鱼体摆动频率以及摆幅会影响鱼的游动;持续摆动产生的涡环形成反卡门涡街是鱼体游动时产生推力的重要因素.     

静水中长鳍扭波推进的水动力数值研究

长鳍扭波推进是一种典型的鱼类游动方式,具有高效、低噪、机动灵活等一系列优点。该文以"尼罗河魔鬼"鱼为仿生研究对象,采用弹性光顺法和局部网格重划法的动网格技术对大摆幅的长鳍扭波推进运动流场进行了数值计算研究,鳍条最大摆幅高达85°,对长鳍扭波推进在系泊状态下的水动力进行了研究,并与试验结果进行了比较验证。数值分析了鳍面压力分布及其随相位的变化,以及与推力产生的关联,并分析了长鳍扭波推力随扭波频率的变化,研究表明,系泊状态下,推力系数不随频率而改变。     

基于CFD-PID方法的仿生鱼自推进运动研究

相较于传统的螺旋桨推进方式,水下仿生推进具有灵活、高效及对环境干扰小等优势。该文在求解不可压N-S方程和牛顿第二定律的基础上,嵌入PID控制算法,构建CFD-PID求解器,模拟主动控制下的仿生鱼自推进运动。通过PID算法动态调节仿生鱼摆幅,间接控制其速度,使仿生鱼可以达到任意特定的收敛速度。与常规方式自推进相比,PID控制自推进能更快地加速到预定速度,且在加速时期产生更大尺度的涡,最终的动态平衡状态则与常规方式自推进一致。     

基于坝下流场模拟的集鱼系统进口位置选择研究

集鱼系统进口位置的合理选择决定着鱼类能否顺利发现并进入集鱼系统,关系着过鱼设施的运行效果。为选择大坝过鱼设施集鱼系统进口位置,本文以长江流域某水力枢纽工程为例,对坝下尾水河道2.83 km范围内水流流场进行了二维数值模拟,以当地鱼类上溯洄游流速的偏好范围为评判指标,分析了不同发电工况下适宜鱼类上溯的水域范围,并针对不同发电工况给出了集鱼系统进口的适宜布置区域,可为过鱼设施集鱼系统的布置提供依据。研究结果表明:左右岸电站发电机组下泄流量比为1∶0和2∶1时,模拟区域适合鱼类上溯洄游区域的占比较大,这两种工况下,集鱼系统进口应布置在坝下右岸;其他工况下,适合鱼类上溯洄游区域难达坝下,集鱼系统进口或集运鱼船应布置在坝下稍远区域,以保证集鱼系统在不同工况下的集鱼效率。     

流道宽度及来流速度对鲫鱼运动模式的影响

为考察鲫鱼在不同流道宽度和来流速度下的运动模式,在自循环型水槽中进行了鱼游运动观测实验。实验用鱼体长18~20 cm,体重180~200 g,流道宽度为7~60 cm,来流速度0.1~0.6 m/s。利用高速摄影对不同条件下的鲫鱼游泳运动过程进行了记录,使用image Pro等图像数据分析软件对鱼游运动的摆尾频率、振幅、体波数等参数进行了定量分析,并拟合得到了鱼游运动方程,归纳了各运动参数随来流速度和流道宽度的变化规律。分析结果表明:鲫鱼的摆动频率、摆动幅度及体波数随来流速度变化有明显的改变,而流道宽度对鱼游泳运动模式的影响有限;来流速度增大,鱼的运动频率、运动幅度、体波数均有所增加。目前与鱼游运动相关的研究多集中于流速对其摆尾频率和振幅的影响,少有探讨鱼体摆动的体波数这一参数,更少有探究流道宽度对鱼运动的影响。研究成果积累了相关实验数据,可增加对鱼游运动机理的认识,为鱼类洄游通道恢复措施的制定提供理论支撑。     

基于CFD-DEM耦合的轴流泵鱼类损伤机理数值研究

为了研究轴流泵内流特性对鱼类通过存活率的影响,基于CFD-DEM耦合模型,分析了轴流泵内流场特性和鱼类通过行为。采用球形颗粒捏合鱼体外轮廓仿真鱼体三维形状,将仿真鱼体随机注入到轴流泵进口的水体中,数值模拟鱼类通过轴流泵的运动过程,预测在各工况下鱼通过轴流泵时与叶片的撞击概率,并与叶片撞击模型的理论值进行对比,验证耦合模型的可行性。同时,考虑鱼类通过鱼类友好型泵的多种损伤因素和鱼类损伤的生物准则,探讨了轴流泵内流场的速度、加速度、压降和剪切力随DEM颗粒群位移的变化特征和规律,分析了鱼类通过轴流泵的损伤结果。数值模拟结果表明,鱼类通过鱼类友好型泵在大部分工况下的撞击概率降低了约50%,其中额定工况下的撞击概率由原型泵的68%降低到34%;泵内压力波动和剪切力对鱼类的影响区域较小,且作用时间较短,是非主要损伤因素;轴流泵叶轮叶片撞击是鱼损伤的主要原因。研究结果为大中型泵站设计鱼类友好型轴流泵提供了理论指导。     

中国过鱼设施数据库框架设计初步研究

拦河筑坝在实现防洪、发电、供水等效益的同时,也影响了河流连通性和鱼类洄游通道,影响了洄游性鱼类的生活史过程,导致河流生态系统退化、鱼类洄游受阻、鱼类栖息地破碎化等问题发生。文章构建了中国过鱼设施数据库的框架和指标,包括工程名称、地理位置、水力学特征、过鱼效率、设计参数和数据来源等,可根据鱼类物种名称、过鱼设施类型和地理位置等字段进行快速检索。研究建议开展已建和新建过鱼设施的诱鱼能力和过鱼效果评估,进一步完善数据库,将过鱼设施设计和有效性评估的内容纳入数据库中统一管理。研究可为中国过鱼设施的研究和管理提供参考,为过鱼设施设计和有效性评估提供数据支撑,为河流生态系统保护与修复提供决策支持。     

HYDRODYNAMIC ANALYSIS AND SIMULATION OF A SWIMMING BIONIC ROBOT TUNA

A dynamic model for undulatory locomotion was proposed to study the swimming mechanism of a developed bionic robot tuna. On the basis of inviscid hydrodynamics and rigid-body dynamics, the momentum and propulsive force required for propelling the swimming robot tuna’s flexible body was calculated. By solving the established dynamic equations and efficiency formula, the swimming velocity and propulsive efficiency of the bionic robot tuna were obtained. The relationship between the kinematic parameters of the robot tuna’s body curve and the hydrodynamic performances was established and discussed after hydrodynamic simulations. The results presented in this article can be used to increase the swimming speed, propulsive thrust, and the efficiency of underwater vehicles effectively.     

测量机器人在三角网测量中的应用分析

简述了TCA2003测量机器人全圆观测法机载软件的组成与特点。以陈村水电站大坝的三角网观测为应用实例,基于对其测量平差成果的精度及测量时间分析,将其与传统人工观测的效率进行比较,证明了测量机器人测量的优越性。指出了一些仪器使用及机载软件存在的问题,对自动目标识别（ATR）仪器机载软件的应用开发具有指导作用。     

0轴绘图法在立式水轮发电机组盘车改进中的应用分析

水轮发电机组盘车质量的好坏直接决定机组的检修质量,影响着机组运行的安全性和稳定性。文章以白石水电站1号机组盘车过程为例,详细论述了盘车数据分析和机组轴线调整方法,特别是0轴绘图法的创新应用。效果表明:该方法易于理解、便于掌握,可为类似立式水轮发电机组的盘车提供指导和借鉴,对提高盘车质量和检修效率起到促进作用。     

高边坡变形监测电磁波测距边长气象改正方法

在采用测量机器人对峡谷地区高边坡进行自动化监测时,电磁波测距边长气象改正代表性误差易受峡谷地区瞬息万变的气象条件影响,故合理的气象改正方法不仅可以提高工作效率、减轻劳动强度,还可以提高监测成果的精度和可靠性。采用理论与实验研究相结合的方法,以溪洛渡水电站边坡监测为例,对峡谷地区电磁波测距影响理论和气象改正的传统方法、似差分改正法进行了实验研究,提出了基于统计气象参数的模型改正法并对其可用性进行了实验验证。结果表明:该方法克服了似差分改正因距离和高差带来的误差,降低了现场采集气象元素的劳动强度,为自动化监测的气象改正提供了有效解决方法。     

深水抛投砂砾石料的渡汛保护研究

 三峡工程大江截流是一、二期工程的转折点，平抛垫底是确保大江安全截流的重要举措。由于戗堤部位平抛石渣料、围堰防渗墙区平抛砂砾石料数量巨大，需在1997年汛前抛投一部分，因此存在安全渡汛问题。从现场实际情况出发，运用动、定床模型试验，并从理论上加以分析论证，提出了付诸工程实践的高低坎渡汛保护措施，得到了较好的原型验证效果。     

基于动态规划的备件多级优化配置

为提高引进装备备件的保障效能,提出一种基于动态规划的备件多级优化配置方法。采用该方法建立备件配置动态规划模型,并利用最优化原理实现备件的多级优化配置,使有限的备件发挥最大的保障效能。通过一个实例给出应用该方法建模的过程并验证了其有效性。     

A NUMERICAL STUDY ON A SIMPLIFIED TAIL MODEL FOR TURNING FISH IN C-START

1. INTRODUCTION Fishes have experienced a long evolution processwith natural selection, and exhibit a large variety of swimming gaits, relevant to their body shapes and surrounding environments[1,2]. Usually, pelagic fishes are experts in long-distance cr…     

偏转型滑坡滑动与堆积影响因素研究

高速远程滑坡不仅具有运动机理复杂、危害大、发生突然等特点,而且滑坡在运动中经历了斜坡加速、坡脚碰撞、偏转持速效应、减速堆积的过程。通过室内滑坡模型试验,研究了岩土体类型、偏转角和下垫面对高速远程滑坡运动特征的影响。试验结果表明:滑坡体的运动距离受控于岩土体类型,随着偏转角的增大,滑坡运动距离减小,最大堆积厚度增加,同时偏转角对滑坡体有明显的颗粒筛分现象。下垫面摩擦类型对滑坡运动参数具有明显的作用,影响滑坡体最终的堆积形态。试验结果为深入研究滑坡运动速度、运动距离及堆积形态提供了重要的参考依据。     

高拱坝混凝土振捣机器人系统研发及应用

常态混凝土浇筑人工振捣施工存在工作强度高、作业主观性强等不足,现有振捣监控方法主要进行振捣位置、振捣时间等参数监控,且均依靠人工经验评估振捣是否密实,难以实现混凝土振捣质量的精确评估。针对上述问题,研发了融合表面图像机器视觉识别的混凝土振捣机器人系统,该系统包括振捣机器人本体、云端监控平台以及通讯子系统。基于工业机器人、自动化控制、机器视觉等技术研制振捣机器人本体,实现高拱坝仓面混凝土无人振捣作业;同时,建立基于改进残差网络（Residual Network,Res Net）的混凝土振捣表面图像的分类模型,实现振捣密实性的科学分析。此外,基于B/S架构研发云端监控平台,并通过无线通讯子系统实现与振捣机器人本体之间信息的传输与交互,实现振捣作业信息的可视化与远程控制。现场试验验证了振捣机器人系统的可靠性和可行性。研究成果为高拱坝混凝土振捣实现无人化作业、精细化质量控制提供了新的思路和技术手段,也可用于其它大体积混凝土施工中,具有十分重要的应用和推广价值。