Diseño e Investigación de Experimentos Hidrodinámicos sobre Nuevas Aletas Pectorales Biomiméticas de un Pez Robótico Inspirado en Rayas
Autores: Chen, Lingkun; Bi, Shusheng; Cai, Yueri; Qiu, Hongcheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Diseño e Investigación de Experimentos Hidrodinámicos sobre Nuevas Aletas Pectorales Biomiméticas de un Pez Robótico Inspirado en Rayas
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Propulsión biónica
Aletas pectorales
Rendimiento hidrodinámico
Pez robótico
Mecanismo paralelo espacial
Generación de empuje
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
La propulsión biónica tiene ciertas ventajas sobre las hélices tradicionales. Se ha investigado mucho sobre las aletas pectorales como hélices biónicas para robots inspirados en rayas, pero rara vez se comparó el rendimiento hidrodinámico de diferentes aletas en la misma plataforma para encontrar el equilibrio óptimo. En este artículo, los prototipos existentes se clasifican en tres tipos de estructuras, y se presenta un nuevo módulo de aleta pectoral biónica utilizado en un pez robótico inspirado en rayas, junto con un novedoso mecanismo paralelo espacial de 2 grados de libertad como la hélice biónica. El análisis de movimiento del mecanismo coincidió bien con el modelo cinemático de la aleta pectoral, proporcionando una base confiable para probar diferentes tipos de aletas. También se explican el diseño y la fabricación del nuevo módulo de aleta biónica, así como de dos tradicionales. Se llevó a cabo un experimento hidrodinámico para estudiar las diferencias entre cada tipo de aleta bajo diversas condiciones de trabajo. Los resultados indican que el empuje generado por la oscilación de la aleta está estrechamente relacionado con cuatro parámetros (amplitud, frecuencia, diferencia de fase y velocidad del flujo), y hay rangos de valores óptimos para un mejor rendimiento de propulsión cuando la frecuencia está alrededor de 0.5 Hz y la diferencia de fase está cerca de 30 grados. Gracias a una mejor preservación del perfil y la interacción de fuerzas hidrodinámicas, las nuevas aletas pectorales propuestas tuvieron un rendimiento superior al de las tradicionales en términos de generación de empuje y controlabilidad cuando la amplitud es superior a 30 grados y la frecuencia es superior a 0.3 Hz. Se registró un empuje promedio de 2.98 N para el nuevo módulo de aleta a la amplitud máxima de 60 grados, un 11.6% y un 16.4% más alto que los otros dos grupos de prueba comparativos, respectivamente.
Descripción
La propulsión biónica tiene ciertas ventajas sobre las hélices tradicionales. Se ha investigado mucho sobre las aletas pectorales como hélices biónicas para robots inspirados en rayas, pero rara vez se comparó el rendimiento hidrodinámico de diferentes aletas en la misma plataforma para encontrar el equilibrio óptimo. En este artículo, los prototipos existentes se clasifican en tres tipos de estructuras, y se presenta un nuevo módulo de aleta pectoral biónica utilizado en un pez robótico inspirado en rayas, junto con un novedoso mecanismo paralelo espacial de 2 grados de libertad como la hélice biónica. El análisis de movimiento del mecanismo coincidió bien con el modelo cinemático de la aleta pectoral, proporcionando una base confiable para probar diferentes tipos de aletas. También se explican el diseño y la fabricación del nuevo módulo de aleta biónica, así como de dos tradicionales. Se llevó a cabo un experimento hidrodinámico para estudiar las diferencias entre cada tipo de aleta bajo diversas condiciones de trabajo. Los resultados indican que el empuje generado por la oscilación de la aleta está estrechamente relacionado con cuatro parámetros (amplitud, frecuencia, diferencia de fase y velocidad del flujo), y hay rangos de valores óptimos para un mejor rendimiento de propulsión cuando la frecuencia está alrededor de 0.5 Hz y la diferencia de fase está cerca de 30 grados. Gracias a una mejor preservación del perfil y la interacción de fuerzas hidrodinámicas, las nuevas aletas pectorales propuestas tuvieron un rendimiento superior al de las tradicionales en términos de generación de empuje y controlabilidad cuando la amplitud es superior a 30 grados y la frecuencia es superior a 0.3 Hz. Se registró un empuje promedio de 2.98 N para el nuevo módulo de aleta a la amplitud máxima de 60 grados, un 11.6% y un 16.4% más alto que los otros dos grupos de prueba comparativos, respectivamente.