1、LOGO物理学院科研立项开题报告科研立项开题报告READY?Now LoadingLOGO指导教师：徐明奇指导教师：徐明奇组组 长：郭文杰长：郭文杰小组成员：蒋羽桑、陈祥小组成员：蒋羽桑、陈祥 张赢今、郭杉张赢今、郭杉仿生鱼尾摆动海流发电装置研究仿生鱼尾摆动海流发电装置研究2014年科研立项开题报告项目简介项目简介课题背景课题背景选题依据选题依据研究方案研究方案可行性分析可行性分析创新点和特色创新点和特色预期成果预期成果一、课题背景v 随着仿生技术的进步，模仿自然界中鱼类的运动方式和相应的随着仿生技术的进步，模仿自然界中鱼类的运动方式和相应的运动官，即仿生机器鱼是目前水下机器人领域一个重要研究
2、方运动官，即仿生机器鱼是目前水下机器人领域一个重要研究方向和研究热点，主要集中在模仿鱼类的高效、高速、高机动，向和研究热点，主要集中在模仿鱼类的高效、高速、高机动，高静谧性。高静谧性。v 目前，水下机器人的仿尾鳍推进方式的研究工作开展比较深入，目前，水下机器人的仿尾鳍推进方式的研究工作开展比较深入，尾鳍推进器的实用化程度也较高，但并没有人进行过利用海流尾鳍推进器的实用化程度也较高，但并没有人进行过利用海流能冲击鱼尾使其摆动发电方面的研究。能冲击鱼尾使其摆动发电方面的研究。（一）学术价值（一）学术价值（二）应用价值（二）应用价值（三）国内外研究现状分析（三）国内外研究现状分析 实验研究表明：仿生
3、鱼尾比传统螺旋桨实验研究表明：仿生鱼尾比传统螺旋桨推进推进效率高效率高30%，而且结构简单，而且结构简单，加工成本低廉，工作时噪声小。仿生鱼尾相比于普通的螺旋桨具有更加高效的加工成本低廉，工作时噪声小。仿生鱼尾相比于普通的螺旋桨具有更加高效的推进能力，将其改造成的发电装置能够更加高效的利用海流能发电。推进能力，将其改造成的发电装置能够更加高效的利用海流能发电。目前，仿生鱼尾主要应用在水下潜器，水下机器人作为推动装置来带动船目前，仿生鱼尾主要应用在水下潜器，水下机器人作为推动装置来带动船舶行驶，而用在发电方面的很少。国外学者对于鱼类推进模式的研究很早就进舶行驶，而用在发电方面的很少。国外学者对于
4、鱼类推进模式的研究很早就进行了，我国则起步较晚，在这方面的研究做得也相对较少，关于仿生鱼尾发电行了，我国则起步较晚，在这方面的研究做得也相对较少，关于仿生鱼尾发电装置的研究逐步成为研究的热点之一，可望为能源利用开辟新的研究方向。装置的研究逐步成为研究的热点之一，可望为能源利用开辟新的研究方向。随着全球气候变暖，能源供应紧张，各国政府加大可再生能源利用的力度，随着全球气候变暖，能源供应紧张，各国政府加大可再生能源利用的力度，其中就包含海洋能。其主要能量海流能主要用于发电。将仿生鱼尾制成的发电装其中就包含海洋能。其主要能量海流能主要用于发电。将仿生鱼尾制成的发电装置可以装载在潜艇和轮船上，增加其续
5、航能力，我国一些沿海城市可以利用该装置可以装载在潜艇和轮船上，增加其续航能力，我国一些沿海城市可以利用该装置进行发电，缓解能源紧的问题。置进行发电，缓解能源紧的问题。二、选题依据研究方案 实验方案实验方案研究目标研究目标三、研究方案电能转换控制单元电能转换控制单元2 2）仿生鱼尾摆动控制）仿生鱼尾摆动控制1 1）仿生鱼尾最佳获能形状）仿生鱼尾最佳获能形状 3)3)往复式发电机往复式发电机(一)研究目标v 研究并研发出仿生鱼尾摆动海流发电装置研究并研发出仿生鱼尾摆动海流发电装置(二）研究内容二）研究内容研究不同鱼类的生物学构造并进行简化,构造生物学模型研究仿生鱼尾的工作原理，进行数学分析，建立数
6、学模型。研究不同仿生鱼尾推动装置，分析优劣势，确定出几种较好的设计方案。研究不同仿生鱼尾推动装置，分析优劣势，确定出几种较好的设计方案进行试验，做出实物模型。由浅入深，逐步分析，理论与实验相结合，注重创新。由浅入深，逐步分析，理论与实验相结合，注重创新。我们的项目进行的仿生及配套装置：（三）研究方法（三）研究方法实验比较法实验比较法查阅相关文查阅相关文献献数学建模数学建模 郭文杰负责装置的整体设计及制作，以及各个系统间的配合和经费管理。应熟悉仿真软件，及一定的动手制作能力。蒋羽桑负责负责动力系统的曲轴或者毂轮的设计动力系统的曲轴或者毂轮的设计，以及平衡系统的结构设计。，以及平衡系统的结构设计。
7、熟悉熟悉matlab或其他数学工具，进行参数的求取。或其他数学工具，进行参数的求取。陈祥负责力学分析，验证机构的力学性能是否合理，模拟运动以及相关负责力学分析，验证机构的力学性能是否合理，模拟运动以及相关参数的确定。参数的确定。张赢今负责仿真鱼尾的形状设计，材料的选取和制作。熟悉负责仿真鱼尾的形状设计，材料的选取和制作。熟悉soildworks和和cad等制图软件，还有一定动手加工能力。等制图软件，还有一定动手加工能力。郭杉负责往复式发电机的研发与制作，熟悉电磁学及具备很强的动手能负责往复式发电机的研发与制作，熟悉电磁学及具备很强的动手能力。力。4 4、实验方案、实验方案根据生产实际提出的具体
8、根据生产实际提出的具体课题，将研究所得的生物课题，将研究所得的生物资料予以简化，吸收对技资料予以简化，吸收对技术要求有益的内容，取消术要求有益的内容，取消与生产技术要求无关的因与生产技术要求无关的因素，得到一个生物模型；素，得到一个生物模型；第二阶段是将生物模型提供第二阶段是将生物模型提供的资料进行数学分析，并使的资料进行数学分析，并使其内在的联系抽象化，用数其内在的联系抽象化，用数学的语言把生物模型学的语言把生物模型“翻译翻译”成具有一定意义的数学模型；成具有一定意义的数学模型；最后数学模型制造出可在最后数学模型制造出可在工程技术上进行实验的实工程技术上进行实验的实物模型。当然在生物的模物模
9、型。当然在生物的模拟过程中，不仅仅是简单拟过程中，不仅仅是简单的仿生，更重要的是在仿的仿生，更重要的是在仿生中有创新。生中有创新。仿生学的主要研究方法就是提出模型，进行模拟。其研究程序大致有以下三个阶段：对生物对生物原型的原型的研究研究进行数进行数学分析学分析进行实进行实验的实验的实物模型物模型不断创新不不断创新不断提高装置断提高装置效率效率v技术路线图技术路线图四、可行性分析 仿生鱼尾摆动海流发电装仿生鱼尾摆动海流发电装置具有极其广阔的市场前景和置具有极其广阔的市场前景和很高的潜在价值，此项研究对很高的潜在价值，此项研究对不同类型鱼尾的工作原理及效不同类型鱼尾的工作原理及效率进行分析，进而探
10、究其发电率进行分析，进而探究其发电性能具有一定的研究价值，设性能具有一定的研究价值，设计出高效的利用洋流装置。对计出高效的利用洋流装置。对于节省能源有重大的科研价值于节省能源有重大的科研价值和应用价值。和应用价值。五、创新点及特色（一）项目的（一）项目的传统的海流发电原理像风传统的海流发电原理像风力发电一样，是利用叶轮将力发电一样，是利用叶轮将水流的动能转化成叶轮的转水流的动能转化成叶轮的转动，然后带动发电机发电，动，然后带动发电机发电，这种传统的转化方案效率低，这种传统的转化方案效率低，目前只有目前只有30-40%。创新点：创新点：本项目的的原理是利用仿生鱼本项目的的原理是利用仿生鱼尾将水流
11、的动能转化成仿生鱼尾尾将水流的动能转化成仿生鱼尾的摆动，然后带动往复式发电机的摆动，然后带动往复式发电机发电，结构简单，降低加工成本，发电，结构简单，降低加工成本，可能对转化效率会有提高。可能对转化效率会有提高。传统海流发传统海流发电效率低电效率低本项目效率本项目效率高，成本低高，成本低（二）特色：（二）特色：利用水流冲击鱼尾，使其利用水流冲击鱼尾，使其摆动转化为机械能，再连接摆动转化为机械能，再连接发电装置使其转化为可供船发电装置使其转化为可供船舶使用的电能，实现了能源舶使用的电能，实现了能源的有效利用，符合节能环保的有效利用，符合节能环保的主题。的主题。实现可再生实现可再生能源的利用能源的
12、利用六、预期成果Achivement 1正在正在做做通过查阅资料及通过查阅资料及数据分析，设计数据分析，设计出不同类型鱼尾出不同类型鱼尾装置装置Achivement 25-6月月通过实验操作分通过实验操作分析各项方案的优析各项方案的优劣势、确定出最劣势、确定出最佳方案佳方案Achivement 38-11月月认真按照设计性认真按照设计性方案进行试验，并方案进行试验，并作好实验记录，写作好实验记录，写好实验报告，最后好实验报告，最后根据实验结果进行根据实验结果进行分析总结，构思论分析总结，构思论文初稿文初稿Achivement 412月月利用所需材料制利用所需材料制作出最终模型，并作出最终模型，并不断改进，使其高不断改进，使其高效而不失美观效而不失美观2015年年4月前，完成研究论文及答辩，最终完成项目鉴定。月前，完成研究论文及答辩，最终完成项目鉴定。LOGOThank You!
