آدرس ایمیل خود را وارد نمایید
ثبت
پیام خود را بنویسید
دوره 21، شماره 48 - ( 10-1404 )
جلد 21 شماره 48 صفحات 120-109 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Riyazati Y, Hejranfar K. Bio-Inspired Design and Hydrodynamic Analysis of an Exploratory Underwater Vehicle Based on Body Shape of the Longnose Spearfish. marineeng 2025; 21 (48) :109-120
URL: http://marine-eng.ir/article-1-1240-fa.html
URL: http://marine-eng.ir/article-1-1240-fa.html
ریاضتی یوسف، هجران فر کاظم. طراحی زیست الهام و تحلیل هیدرودینامیکی یک وسیله زیرسطحی اکتشافی بر پایه شکل بدن نیزه ماهی نیزه بلند. مهندسی دریا. 1404; 21 (48) :109-120
یوسف ریاضتی1 
، کاظم هجران فر*1
، کاظم هجران فر*1
1- دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی هوافضا
چکیده: (361 مشاهده)
نیزهماهی نیزهبلند به عنوان یکی از سریعترین شکارچیان اقیانوس و از خانواده نیزهماهیها با سرعتی در حدود ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت، دارای بدنی کشیده است که موجب کاهش اغتشاش جریان، کمینهسازی نیروی پسا و افزایش پایداری حرکتی آن میشود. در این پژوهش، طراحی یک وسیله زیرسطحی اکتشافی با الهام از فرم کلی بدن نیزهماهی نیزهبلند مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا ویژگیهای مورفولوژیکی و هیدرودینامیکی نیزهماهی نیزهبلند و رفتار جریان پیرامون فرم کلی بدن آن، بهویژه در بیشینه سرعت شنا معادل ۳۱ متربرثانیه و سرعتهای کمتر جهت اعتبارسنجی با نتایج تجربی موجود مطالعه شده است. سپس، با استفاده از فرم کلی بدن این ماهی و با اعمال تغییرات مناسب هندسی، مدل اولیه یک وسیله زیرسطحی طراحی و توسعه یافته است. در ادامه، انتخاب محل، زاویه نصب و تعداد سطوح کنترلی مناسب براساس ساختار بدن نیزهماهی نیزهبلند صورت گرفته است. شبیهسازی عددی برای هندسه زیرسطحی زیستالهام طراحیشده در سرعتهای مختلف انجام شده و نتایج حاصل برای این هندسه با هندسه مرجع دارای سطح ترشده تقریبا یکسان مقایسه گردیده است. نتایج عددی نشان میدهد ضریب پسای هندسه زیرسطحی زیستالهام بین 31 تا 52 درصد کمتر از هندسه زیرسطحی موجود است. این نتیجه نشان میدهد بهرهگیری از اصول زیستالهام در طراحی وسایل زیرسطحی میتواند به طور مؤثری موجب بهبود عملکرد هیدرودینامیکی شده و در توسعه سامانههای زیرسطحی و پیشرانهای کارآمد برای کاربردهای دریایی مورد استفاده قرار گیرد.
واژههای کلیدی: طراحی بیومیمتیک، تحلیل هیدرودینامیکی، بهینهسازی بدنه زیرسطحی، کاهش پسا، مورفولوژی نیزهماهی
متن کامل [PDF 1811 kb]
(75 دریافت)
نکات برجسته
1- طراحی زیست الهام یک وسیله زیرسطحی اکتشافی بر اساس فرم بدن نیزه ماهی نیزه بلند
2- تحلیل هیدرودینامیکی هندسه زیرسطحی زیست الهام طراحی شده در سرعتهای مختلف
3- کاهش ضریب پسای هندسه زیرسطحی زیست الهام بین 31 تا 52 درصد نسبت به هندسه زیرسطحی موجود
4- کارآمدی رویکرد طراحی زیست الهام در بهبود عملکرد سامانههای زیرسطحی در کاردبردهای دریایی
1- طراحی زیست الهام یک وسیله زیرسطحی اکتشافی بر اساس فرم بدن نیزه ماهی نیزه بلند
2- تحلیل هیدرودینامیکی هندسه زیرسطحی زیست الهام طراحی شده در سرعتهای مختلف
3- کاهش ضریب پسای هندسه زیرسطحی زیست الهام بین 31 تا 52 درصد نسبت به هندسه زیرسطحی موجود
4- کارآمدی رویکرد طراحی زیست الهام در بهبود عملکرد سامانههای زیرسطحی در کاردبردهای دریایی
نوع مطالعه: مقاله پژوهشي |
موضوع مقاله:
طراحي، هیدروديناميك و ساخت زيرسطحي
دریافت: 1404/11/16 | پذیرش: 1405/2/21
دریافت: 1404/11/16 | پذیرش: 1405/2/21
فایل صوتی چکیده مقاله [MP3 2723 KB] (39 دریافت)
فهرست منابع
1. Low, K.H. and Chong, C.W., (2010), Parametric study of the swimming performance of a fish robot propelled by a flexible caudal fin, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 5, p. 046002. [DOI:10.1088/1748-3182/5/4/046002] [PMID]
2. Sagong, W., Jeon, W.-P., Choi, H. and Lee, S., (2013), Hydrodynamic characteristics of high-speed fish: Comparative study on swordfish and marlin, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 8, p. 036010. [DOI:10.1371/journal.pone.0081323] [PMID] []
3. Marras, S., Killen, S. S., Lindström, J., McKenzie, D. J., Steffensen, J. F., & Claireaux, G. (2014). Fish swimming in schools save energy regardless of their spatial position. Current Biology, 24(9), R386-R387.
4. Wen, L. and Lauder, G., (2013), Understanding undulatory locomotion in fishes using an inertia-compensated flapping foil robotic device, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 8, p. 046013. [DOI:10.1088/1748-3182/8/4/046013] [PMID]
5. Zhou, H., Cheng, L., Wang, S., Wang, H. and Li, Q., (2012), Hydrodynamic investigation of a self-propulsive robotic fish based on a force-feedback control method, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 7, p. 036012. [DOI:10.1088/1748-3182/7/3/036012] [PMID]
6. Abecassis, M., Dewar, H., Hawn, D. and Polovina, J., (2023), Vertical and horizontal movements of broadbill swordfish (Xiphias gladius) in relation to the environment, Scientific Reports, Vol. 13, p. 12019.
7. Bainbridge, R., (1963), Body movements in swimming fish, Journal of Experimental Biology, Vol. 40, p. 23-56. [DOI:10.1242/jeb.40.1.23]
8. art, J.R., Chung, K.K. and Kim, S.H., (2017), Microscale and nanoscale surface characterization of marlin (Istiophoridae) skin: Implications for drag reduction in aquatic locomotion, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 12, p. 036005. [DOI:10.1088/1748-3190/aa52cc] [PMID]
9. Jones, R., Bhushan, B. and Hieronymus, T.L., (2016), Bioinspired design of surface textures for drag reduction on shark skin, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 482, p. 1-17.
10. Zhan, J.-M., Gong, Y.-J., & Li, T.-Z. (2022). Gliding locomotion of manta rays, killer whales, and swordfish near the water surface. Science Advances, 8(22), eabn6801.
11. Kato, S., & Wang, T. (2005). The effect of body posture on the hydrodynamic characteristics of a fish. Journal of Experimental Biology, 208(16), 3259-3267.
12. Hoffmann KA, Chiang ST. (2000) Computational Fluid Dynamics. Vol 3. Wichita, KS: Engineering Education System.
13. Sousa, J. V. N., Lima, A. G. B., Batista, F. A., Souza, E. C., Cavalcante, D. C. M., Pessôa, P. M., & Carmo, J. E. F. (2019). On the study of autonomous underwater vehicles by computational fluid dynamics. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41, 471.
14. Long, J. H., Koob, T. J., Irving, K., Combie, K., Engel, V., Livingston, N., Lammert, A., & Schumacher, J. (1994). Four flippers or two? Tetrapod locomotor design and the evolution of the cetacean fluke. Journal of Experimental Biology, 194(1), 319-332.
15. Shadwick, R. E., & Lauder, G. V. (2006). Fish Biomechanics. Academic Press.
16. Low, K.H. and Chong, C.W., (2010), Parametric study of the swimming performance of a fish robot propelled by a flexible caudal fin, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 5, p. 046002. [DOI:10.1088/1748-3182/5/4/046002] [PMID]
17. Sagong, W., Jeon, W.-P., Choi, H. and Lee, S., (2013), Hydrodynamic characteristics of high-speed fish: Comparative study on swordfish and marlin, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 8, p. 036010. [DOI:10.1371/journal.pone.0081323] [PMID] []
18. Marras, S., Killen, S. S., Lindström, J., McKenzie, D. J., Steffensen, J. F., & Claireaux, G. (2014). Fish swimming in schools save energy regardless of their spatial position. Current Biology, 24(9), R386-R387.
19. Wen, L. and Lauder, G., (2013), Understanding undulatory locomotion in fishes using an inertia-compensated flapping foil robotic device, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 8, p. 046013. [DOI:10.1088/1748-3182/8/4/046013] [PMID]
20. Zhou, H., Cheng, L., Wang, S., Wang, H. and Li, Q., (2012), Hydrodynamic investigation of a self-propulsive robotic fish based on a force-feedback control method, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 7, p. 036012. [DOI:10.1088/1748-3182/7/3/036012] [PMID]
21. Abecassis, M., Dewar, H., Hawn, D. and Polovina, J., (2023), Vertical and horizontal movements of broadbill swordfish (Xiphias gladius) in relation to the environment, Scientific Reports, Vol. 13, p. 12019.
22. Bainbridge, R., (1963), Body movements in swimming fish, Journal of Experimental Biology, Vol. 40, p. 23-56. [DOI:10.1242/jeb.40.1.23]
23. art, J.R., Chung, K.K. and Kim, S.H., (2017), Microscale and nanoscale surface characterization of marlin (Istiophoridae) skin: Implications for drag reduction in aquatic locomotion, Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 12, p. 036005. [DOI:10.1088/1748-3190/aa52cc] [PMID]
24. Jones, R., Bhushan, B. and Hieronymus, T.L., (2016), Bioinspired design of surface textures for drag reduction on shark skin, Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 482, p. 1-17.
25. Zhan, J.-M., Gong, Y.-J., & Li, T.-Z. (2022). Gliding locomotion of manta rays, killer whales, and swordfish near the water surface. Science Advances, 8(22), eabn6801.
26. Kato, S., & Wang, T. (2005). The effect of body posture on the hydrodynamic characteristics of a fish. Journal of Experimental Biology, 208(16), 3259-3267.
27. Hoffmann KA, Chiang ST. (2000) Computational Fluid Dynamics. Vol 3. Wichita, KS: Engineering Education System.
28. Sousa, J. V. N., Lima, A. G. B., Batista, F. A., Souza, E. C., Cavalcante, D. C. M., Pessôa, P. M., & Carmo, J. E. F. (2019). On the study of autonomous underwater vehicles by computational fluid dynamics. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41, 471.
29. Long, J. H., Koob, T. J., Irving, K., Combie, K., Engel, V., Livingston, N., Lammert, A., & Schumacher, J. (1994). Four flippers or two? Tetrapod locomotor design and the evolution of the cetacean fluke. Journal of Experimental Biology, 194(1), 319-332.
30. Shadwick, R. E., & Lauder, G. V. (2006). Fish Biomechanics. Academic Press.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
International Journal of Maritime Technology is licensed under a
Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.