CN119476136A 一种水下仿生鱼自主游动的流场数值模拟方法 （南京航空航天大学）

一种水下仿生鱼自主游动的流场数值模拟本发明公开了一种水下仿生鱼自主游动的构建静态交互耦合模型，并提取关键动态特征2S2：将全局地面坐标系和鱼体坐标系通过鱼体俯仰S4：基于非稳态流场特性的控制方程与鱼体动态S5：提取时序流场数据集中包括速度梯度、压力分S6：将基于时间序列的交互耦合数据输入静态交互S7：根据流场预测模型预测流场变化，再结合动;建立全局地面坐标系和鱼体坐标系，鱼体坐标系的原点设于将背景笛卡尔网格定义于全局地面坐标系，将鱼体边界的拉格朗日鱼体坐标系根据鱼体自主游动进行平动和转动，鱼体俯仰角实时监测并记录鱼体在全局地面坐标系实时位置变化轨3在全局地面坐标系的仿生鱼设定可游动范围内布设分布式流分布式流体感应设备以预设的采样频率捕获目标水域将全局地面坐标系内不同空间位置的流体感应设备所采集的流体原始数据流跟据采采用柔性结构分段拟合方法，结合水平剖面的轮廓线方程，定义通过建立鱼体表面受力与运动特性表达之间的关系，将流场作用与对时序流场数据集进行多维降解操作，提取包括速度梯度、压力分布使用特征模态分解技术，将流场表征参数划分为空间和时间尺以时序流场数据集中的流场历史数据为输入，输出表征流场动态演化趋势的预测结对流场预测模型生成的流场演化结果与实际时序数据进行比对误差分析基于时序对齐与全局地面坐标系空间分布的映射原则，将时将非稳态流场特性的控制方程和鱼体运动特性的数学综合表达转化为离散化代数方4将离散化的代数方程动态分配至图形处理器架构的不同处理单元进行分布式迭代运从流场预测模型和全局耦合解中提取流场预测数据和鱼体的运动基于对参数误差矩阵的误差分析，调整静态交互耦合模型中鱼体运基于调整后的边界条件和流场预测模型预测结果继续迭代计算对实时采集的流场数据进行解析，将速度分布、压力梯度及涡旋设定目标运动特性数据，同时依据流场数据预测结果，结合动态交互耦56;鱼体坐标系根据鱼体自主游动进行平动和转动，鱼体俯仰角用于关联两坐标系，将全局地面坐标系内不同空间位置的流体感应设备所采集的流体原始数据流跟依据非稳态流动的连续性与动量守恒规律，结合鱼体运动区域的预定义边界条7将非稳态流场特性的控制方程和鱼体运动特性的数学综合表达转化为离散化代将离散化的代数方程动态分配至图形处理器架构的不同处理单元进行分布式迭基于调整后的边界条件和流场预测模型预测结果继续迭代计算全局动态耦合解，8;9[0021]鱼体坐标系上的变量需要通过鱼体重心位置和攻角与全局地面坐标系联系起系上任意一点(x,yn)在全局地面坐标系上的坐标为：;;式中，为重心坐标在鱼体坐标系中的位置，为仿生鱼的质量，(x,yn)为鱼体任意质量单元在鱼体坐标系下的重心坐标，p(,yn)为该质量单元的密[0025]将全局地面坐标系内不同空间位置的流体感应设备所采集的流体原始数据流跟据采样频率进行整合处理，通过频域分析技术对整合数据进行动态噪声过滤剔除干扰数依据非稳态流动的连续性与动量守恒规律，结合鱼体运动区域的预定义边界条;;c[0028]采用柔性结构分段拟合方法（基于分段运动复杂程度选取不同次数的多项式拟从分布式传感器阵列收集到的时序流场数据集包含了多个空间和时间维度的数[0031]通过对上述流场表征参数集合应用特征模态分解（EMD我们可以将流场的时序用EMD技术将流场表征参数划分为空间尺度和时间尺度成分，独立分析这些成分的局部动来一段时间内的流场行为。该模型能够从历史数据中捕捉到流场的时序模式，实现高效的流场预测。[0033]在预测完成后，对模型生成的流场演化结果与实际采集[0034]在S6中，将基于时间序列的交互耦合数据输入静态交互耦合模型计算全局耦合[0035]将非稳态流场特性的控制方程和鱼体运动特性的数学综合表达转化为离散化代从而使得这些物理方程能够在数值计算中被有效