【仿金枪鱼水下机器人摆动-滑行游动数值研究】
该研究主要关注的是模仿金枪鱼游泳模式的水下机器人，采用了一种称为“摆动-滑行”的游动方式。金枪鱼是海洋中游动速度最快的鱼类之一，其独特的游动策略在生物学上具有很高的效率。研究者通过数值模拟的方法，基于RANS（Reynolds Averaged Navier-Stokes，雷诺平均纳维-斯托克斯方程）求解器和区域网格整体动态运动技术，建立了一个仿金枪鱼水下机器人的计算模型，以深入理解这种游动方式的机理。
在模型中，机器人被设计成能从一个初始速度自由加速至稳定的游动状态。研究者分析了在摆动和滑行阶段机器人的速度、水动力以及尾涡的变化特性。他们发现，当摆动滑行的时间保持不变时，机器人的平均速度相比于常规游动降低了约30%，但波动幅度却是常规游动的三倍。这表明摆动阶段的水动力变化剧烈，导致游动效率降低。然而，在滑行阶段，机器人能够利用滑行的惯性和尾流区脱落的涡旋能量，从而在一定程度上补偿了摆动阶段的效率损失。
进一步的研究还探讨了滑行比例对游动性能的影响。滑行比例是指机器人在摆动与滑行之间的时间分配。随着滑行比例的增加，虽然机器人的平均游动速度下降，但是速度功率比（即单位速度下的功率消耗）却逐渐上升。这意味着，当滑行比例达到或超过0.6时，尽管速度降低，但机器人的能源利用率变得更高，从而使得整个游动过程更加节能。
关键词：水下机器人，摆动-滑行，自主游动，尾涡，滑行比，速度功率比
这项研究的成果对于水下机器人技术的发展具有重要意义，尤其是在设计高效节能的游动策略方面。通过模仿自然界中的生物游动模式，可以为水下机器人提供新的设计思路和优化方案，以实现更高的游动效率和更长的工作续航能力。此外，研究中使用的数值模拟方法也为理解和优化其他类型的水下生物运动提供了工具和理论基础。
