研究鱼游的运动生物力学的意义 。 其一，生物学家研究鱼类的比较生物学时需要探索 鱼游的力学效应对鱼类的生理学、生态学、动物 行为、微观进化和宏观进化的影响 0 其二，是工程技术专家研究鱼游的仿生学的需要， 希望对这一生命机器的力学设计思想获得启示 ·当前人造机器的性能还很不理想，例如 一船用螺旋桨的流体推进效率不超过40%，而鱼游的 相应效率可达80%以上 一鱼游的高机动性和稳定性以及低噪声等先进指标 更使潜艇望尘莫及 6
研究鱼游的运动生物力学的意义 • 其一,生物学家研究鱼类的比较生物学时需要探索 鱼游的力学效应对鱼类的生理学、生态学、动物 行为、微观进化和宏观进化的影响 • 其二, 是工程技术专家研究鱼游的仿生学的需要, 希望对这一生命机器的力学设计思想获得启示 • 当前人造机器的性能还很不理想, 例如 – 船用螺旋桨的流体推进效率不超过40%, 而鱼游的 相应效率可达80%以上 – 鱼游的高机动性和稳定性以及低噪声等先进指标 更使潜艇望尘莫及 6
惯性力与粘性力 ·在流体力学中用雷诺数Re=U儿y来表示惯性力和 粘性力之比，以反映流体对运动物体的粘性作用的 相对大小 一它与鱼的游速U和体长L成正比 -与运动粘性系数Y成反比 。 在鱼游问题中，由于水介质的运动粘性系数变化很 小，自然是体形越大，游速越高，则其雷诺数越高 7
惯性力与粘性力 • 在流体力学中用雷诺数Re=UL/γ来表示惯性力和 粘性力之比, 以反映流体对运动物体的粘性作用的 相对大小 – 它与鱼的游速U 和体长L 成正比 – 与运动粘性系数γ成反比 • 在鱼游问题中, 由于水介质的运动粘性系数变化很 小, 自然是体形越大, 游速越高, 则其雷诺数越高 7
鱼游的雷诺数范围 ·据统计，鱼和海洋哺乳动物游动的雷诺数范围介于 104和108量级之间 在这个范围内，可以按照鱼体的形态及其运动形式 粗分为三种模式（以雷诺数从低到高为序） 一鳗鲡模式：鳗鲡模式（例如水蛇)是指整个鱼体从 头到尾作波状摆动，而且波幅基本不变，或向后略 有增加 一鲹科模式：鱼体后段逐渐缩小，形成尾柄，然后连 接展弦比大的尾鳍，鱼的前体基本失去柔性，波状 摆动主要集中于后体，特别是从尾柄到尾鳍处，波 幅急剧增大 一牙尾推进： 8
鱼游的雷诺数范围 • 据统计, 鱼和海洋哺乳动物游动的雷诺数范围介于 10 4 和10 8量级之间 • 在这个范围内, 可以按照鱼体的形态及其运动形式 粗分为三种模式 (以雷诺数从低到高为序 ) – 鳗鲡模式：鳗鲡模式（例如水蛇）是指整个鱼体从 头到尾作波状摆动, 而且波幅基本不变, 或向后略 有增加 – 鲹科模式：鱼体后段逐渐缩小，形成尾柄，然后连 接展弦比大的尾鳍，鱼的前体基本失去柔性，波状 摆动主要集中于后体，特别是从尾柄到尾鳍处，波 幅急剧增大 – 牙尾推进： 8
月牙推进 ·月牙尾推进是指海洋大型鱼（例如鳖)和海洋哺 乳动物（例如鲸、海豚）具有大展弦比的月牙形 尾鳍，这些动物主要依靠月牙尾的大幅摆动，实现 高速和高效推进 其巡游速度可高达20节（相当于36kmh) - 流体推进效率可高达80%以上 ·月牙尾推进机理现成为仿生推进研究的一个热点， 人们往往将它简化为刚性的拍动翼模型来做实验 和计算 9
月牙推进 • 月牙尾推进是指海洋大型鱼（例如鳖）和海洋哺 乳动物（例如鲸、海豚）具有大展弦比的月牙形 尾鳍, 这些动物主要依靠月牙尾的大幅摆动, 实现 高速和高效推进 – 其巡游速度可高达20节（相当于36km/h） – 流体推进效率可高达80%以上 • 月牙尾推进机理现成为仿生推进研究的一个热点, 人们往往将它简化为刚性的拍动翼模型来做实验 和计算 9
机器鱼的研究 ·麻省理工学院的M.Triantafyllou研究组研制成机器 蓝鳍金枪鱼（长1.24米)和机器白斑狗鱼（长 1.81米)，前者主要模拟月牙尾推进的功能，后 者模拟鱼的加速、转弯功能 ·日本三菱公司造出了人造红鳍鱼，长0.6m,重 2.6kg,鱼皮由硅制成，鱼眼内装有摄像机，充电 后可以0.5m/s的最快速度游动半小时（这种鱼用 于观赏) ·机器鱼的真正用途是军事侦察、海洋考察、寻找 污染源头等 10
机器鱼的研究 • 麻省理工学院的M.Triantafyllou研究组研制成机器 蓝鳍金枪鱼（长1.24米）和机器白斑狗鱼（长 1.81米），前者主要模拟月牙尾推进的功能，后 者模拟鱼的加速、转弯功能 • 日本三菱公司造出了人造红鳍鱼，长0.6m，重 2.6kg，鱼皮由硅制成，鱼眼内装有摄像机，充电 后可以0.5m/s的最快速度游动半小时（这种鱼用 于观赏） • 机器鱼的真正用途是军事侦察、海洋考察、寻找 污染源头等。 10