两条串列游动的鱼:对捕猎的感知

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在自然界中,鸟类和鱼类可以通过拍打翅膀或尾巴维持身体平衡和获得前进速度的动能。在大鱼捕猎小鱼的过程中,小鱼总是能感觉到大鱼的存在,而且由于下列大鱼的存在而获得额外的水动力推力,因此常常能逃离大鱼的捕猎。这项发现可以被应用于水下机器人、水下航行器的感知系统以及推进装置的设计。本文研究了两条鱼在串列布置下前鱼受迫摆动的推力、功率消耗以及游动效率。大小鱼以串列方式布置,小鱼做受迫运动,大鱼依靠惯性力以静态姿势捕捉小鱼,当改变大鱼的相对尺寸以及同小鱼间的流向距离时,小鱼的游动性能发生改变,并将小鱼的游动性能同单条鱼游动时的游动性能进行对比分析。本文首先研究了在特定的摆动频率和摆动幅度下(Std=0.27,Ad=0.75)单条鱼的游动性能状况,分析单条鱼游动时受到的推力、消耗功率、游动效率,并同其它研究者的结果以及分析进行对比,得到准确性的验证,为进一步探究大小鱼串列游动的内在机理做对比。当在Std和Ad固定的情况下(Std=0.27,Ad=0.75),研究大小鱼之间的流向距离以及大鱼的相对尺寸对小鱼的推力的影响。相对于单条鱼的游动,无论是减小两条鱼之间的流向距离还是增大大鱼的相对尺寸,上游鱼受到的推力都会增大。在S*从0.1到0.3范围内,减小两条鱼间的流向距离比增大大鱼的相对尺寸对上游鱼的游动性能影响更大,在S*从0.3到2的范围内,增大大鱼的相对尺寸比减小两条鱼间的流向距离更能提高上游鱼的游动性能。总的来说,大鱼的存在会使小鱼受到的推力增大,在相同的流向间距情况下,尺寸相对较小的鱼比尺寸较大的鱼更容易捕获小鱼。
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