Экспериментальное исследование и численное моделирование гидродинамики рыбоподобного подводного робота

Экспериментальное исследование и численное моделирование гидродинамики рыбоподобного подводного робота

Щур Николай Алексеевич
к.ф.-м.н., Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК), математик, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., RecearcherID: AAH-8421-2019

Митин Илья Васильевич
Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта (БФУ им. И. Канта), н.с., 236041, Калининград, ул. А. Невского, д. 14; Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (Университет Лобачевского), инженер, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, д. 23, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-3278-9873

Коротаев Роман Александрович
БФУ им. И. Канта, н.с., 236041, Калининград, ул. А. Невского, д. 14; Университет Лобачевского, инженер, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, д. 23, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., RecearcherID: HGD-3944-2022, ORCID: 0000-0001-7508-3590

Миронов Василий Иванович
БФУ им. И. Канта, н.с., 236041, Калининград, ул. А. Невского, д. 14, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., RecearcherID: HNI-6384-2023, ORCID: 0000-0003-3832-314X

Казанцев Виктор Борисович
ЦНИИ РТК, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 21; БФУ им. И. Канта, в.н.с., 236041, Калининград, ул. А. Невского, д. 14, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., RecearcherID: L-1424-2013

Материал поступил в редакцию 17 июня 2022 года.

Аннотация
В настоящей статье представлены результаты экспериментального и расчетного моделирования движения рыбоподобного подводного робота. Экспериментальная 3D модель сконструирована по фотографиям тихоокеанского голубого тунца. Данная модель позволяет исследовать биоморфное плавание с различными параметрами движения, а именно: амплитуда и частота взмахов задается управляющим сигналом сервопривода, угол между хвостовым плавником и упругой пластиной задается количеством и жесткостью пружин в шарнире. Расчетная методика предполагает совместное решение уравнений динамики робота и уравнений гидродинамики жидкости, обтекающей его. Для данной задачи был разработан оригинальный алгоритм деформации сетки, позволяющий вести гидродинамические расчеты вблизи хвоста модели, совершающего поперечные колебания. Использование технологии деформируемых сеток позволяет максимально точно воспроизводить форму колебаний хвоста. К тому же, расчетная схема обладает свойством консервативности, что позволяет получать высокое качество расчета, подтвержденное сравнением с экспериментальными данными.

Ключевые слова
Робот-тунец, взаимодействие тела с потоком, сопряженный расчет, метод деформируемых сеток, вычислительная гидродинамика.

Благодарности
Работа была выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 21-12-00246, разработка робота-рыбы и экспериментальная часть).

DOI
10.31776/RTCJ.11105

Индекс УДК 
532.5:007.52:629.58

Библиографическое описание
Экспериментальное исследование и численное моделирование гидродинамики рыбоподобного подводного робота / Н.А. Щур [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 11. - № 1. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2023. – С. 40-44. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. 3D hydrodynamic analysis of a biomimetic robot fish / Guan, Zhenying & Gao [et al.] // 11th International Conference «Control, Automation, Robotics and Vision. ICARCV 2010». – Pp. 793-798. – DOI: 10.1109/ICARCV.2010.5707359 (дата обращения: 20.01.2023). – Text: electronic.
  2. Three-dimensional viscous wake flow in fish swimming - A CFD study / Marianela M. Macias [et al.] // Mechanics Research Communications. – Vol. – 107, 2020. – Text: unmediated.
  3. Щур Н.А. Опыт численного моделирования гидродинамики биоморфных подводных роботов / Н.А. Щур, Е.В. Глазунова // Робототехника и техническая кибернетика. – 2022. – Т. 10, №2, с. 104-112. – Текст: непосредственный.
  4. Menter F.R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model / F.R. Menter, M. Kuntz and R. Langtry // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4. – Begell House, Inc., 2003, pp. 625-632. – Text: unmediated.

Полный текст статьи (pdf)