游动方式如何影响两个仿鱼波状水翼的集群行为

鱼类游动方式与集群行为是水下运动的两个重要方面。本文通过一个代表性问题设置研究游动方式如何影响鱼类集群：两个系留的 NACA0012 水翼在自由来流中作波动运动，参数如下：波长 $\lambda^* = 0.8 - 8$、前后间距 $D = 0,\ 0.25,\ 0.5,\ 0.75$、相位差 $\phi/\pi = 0,\ 0.5,\ 1,\ 1.5$、横向间隙 $G = 0.25,\ 0.3,\ 0.35$，固定雷诺数 $Re = 5000$、斯特劳哈尔数 $St = 0.4$、最大振幅 $A_{max} = 0.1$。基于浸没边界法，利用开源软件 IBAMR 共模拟了 336 个算例。波长增大通常导致更高的推力和侧向力，这与先前关于单个游动体的研究一致。在中间波长 $\lambda^* = 2$ 处，无论是单个水翼还是两个水翼组成的群体均获得最高弗劳德效率。在并排布置 $D = 0$ 时，两水翼所受推力可相等，表明一种稳定队形。在交错布置 $D > 0$ 时，跟随者可通过调节相位差在运动性能上显著受益于领先者。跟随者的收益随相对距离增大而减小。波长与相对距离的各种组合可导致不同的流场结构，表明集群游动体具有可调的隐身能力。