Influence of cephalic fin postures on manta ray’s gliding hydrodynamic performance
Abstract
为填补蝠鲼滑翔过程中头鳍姿态对其水动力性能影响的研究空白，本文首先根据生物观测构建四种不同头鳍姿态的形态学模型，基于浸入边界法和球函数气体动理学格式(IB-SGKS)的数值计算方法，开展-20°~20°攻角范围内9种攻角状态的数值计算，结合三维涡结构及特征截面压力云图等，对比分析不同头鳍姿态下蝠鲼滑翔阻力系数、升力系数及升阻比参数的变化规律，揭示头鳍姿态对滑翔水动力性能的影响机制。结果表明，头鳍姿态变化对升力作用微弱，升阻比的变化主要源于阻力差异；头鳍姿态通过两种不同机理影响阻力大小：攻角小于10°时头鳍姿态对阻力影响显著，卷曲姿态未出现涡脱引起的尾部低压区后移及外形导致的头部高低压区融合，具有最优的减阻效果；当攻角大于10°时，四种头鳍姿态均未引起尾部低压区后移，滑翔阻力变化受头部高压区隔断及低压区扩张的共同作用，变化较小。本研究为仿蝠鲼潜水器滑翔性能优化及执行机构多场景作业性能提升提供了新思路与理论指导。
Fields of Study & Subjects
Biomimetic flight and propulsion mechanisms
Fluid Dynamics and Vibration Analysis
Experimental and Theoretical Physics Studies
Publication details
- Journal / source
- Acta Physica Sinica
- Publisher
- Acta Physica Sinica, Chinese Physical Society and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences
- Volume
- 75
- Issue
- 16
- Publication date
- 1 January 2026