背鳍摆动定深潜器减摇策略和数值计算

来源：海洋技术学报杂志2026年第02期北京时间：

作者：聂帅,,张田龙,,孙瑞轩,

单位：单位聂帅1，2，张田龙1，2，孙瑞轩1，2（1. 河北省自动化研究所有限公司,河北石家庄050081；2. 河北省智能测控技术创新中心,河北 石家庄050081）

摘要：仿生水下机器人凭借其优异的机动性与环境适应性，已成为水下装备领域的研究热点。部分型号采用背鳍摆动机制实现深度调控，然而背鳍摆动过程中，鳍面与水体之间会产生周期性相互作用力，进而导致潜器本体出现横摇与横荡现象，引发内部传感器精度下降及增加额外能量损耗问题。针对这一问题，本文提出一种基于双背鳍180毅相位差摆动的减摇稳定策略。首先，基于单背鳍摆动的动力学机理，推导鳍水相互作用力矩的传递过程，阐明横摇现象的产生本质；其次，设计潜器中轴面对称的双背鳍结构，利用双背鳍的对称摆动实现水平方向作用力矩的相互抵消；最后，构建该减摇结构的计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD） 仿真模型，针对单背鳍摆动、双背鳍同列同向摆动、双背鳍同列反向摆动、双背鳍并排同向摆动及双背鳍并排反向摆动五种典型工况开展仿真分析。结果表明：在双背鳍并排反向摆动工况下，潜器的最大横摇角度与横荡最大位移均显著减小，且垂直推力平均值达到单背鳍摆动工况的1.9 倍以上，能够有效满足深度调控需求。本文可为解决仿生潜器因背鳍摆动引发的稳定性问题提供新的技术方案和理论支撑。

关键词：仿生水下机器人；背鳍摆动；减摇；计算流体力学