不规则运动下摆尾鳍的水动力学及其在波浪驱动推进中的应用

摆尾鳍作为仿生推进器广受关注，但大多数研究仅聚焦于规则、正弦型运动学。在真实环境中，由于环境扰动、流体-结构相互作用和控制输入，不规则运动会自然发生，但其水动力影响仍鲜有探讨。其中一种尤其需要关注不规则驱动响应的系统是波浪驱动推进(WAP)系统，其中悬挂的自由摆动鳍鳍因波浪引起的垂向运动而产生推力。我们对 elliptic WAP 鳍鳍进行时间精确的流动模拟，并在三个不同的海浪状态下施加不规则波浪，以此深化对该系统的了解。我们的结果表明，不规则的垂向和俯仰运动可产生大于等效正弦垂向运动的平均推力。此外，在相同条件下，基于弹簧的摆角限制机制比角度限制器产生更大的推力。通过利用先前开发的尖端涡旋(LEV)模型，我们揭示了这种推力增强的机制，并突出了不可稳定流动结构与鳍鳍动力学之间的关键相互作用。这些发现为仿生鳍鳍在不规则环境中的推进提供了新见解，并直接意味着WAP系统的设计和优化。