“尼罗河魔鬼”鱼在保持身体不变形的情况下依靠其长背鳍扭波推进实现直线巡游,通过改变波动传播方向,即可实现前进或后退。鉴于其独特的优点,长鳍扭波推进成为仿生推进研究重要的推进模式之一。目前对这种仿生推进模式的水动力学研究还相对较少,已有的一些研究工作中相当一部分还不涉及推进效率,而对空间涡结构的研究则尤为欠缺。本文以数值计算为主试验为辅,对柔性长鳍扭波推进的水动力、推进效率以及空间涡系结构进行了研究,以期建立相应的数值计算方法,掌握长鳍扭波推进水动力与推进效率的影响因素及其变化规律,获取空间涡结构特征并探索揭示扭波推进的水动力学机理。论文主要工作及研究成果如下:(1)基于弹性光顺模型和局部网格重构模型动网格技术,建立了在大摆幅运动下柔性长鳍扭波推进水动力的RANS数值计算方法,摆角幅度最大达到85°,通过水动力试验测试验证了计算方法的正确性。在此基础上,通过系列数值计算研究了长鳍扭波推进水动力随时间变化的频谱特性,及随来流速度、扭波频率、波长、摆幅的变化规律。(2)与获得总扭矩来计算输入功率的螺旋桨推进效率计算方法不同,本文通过数值计算分析轴向各位置鳍面单元的扭矩及其随波动相位的变化规律,沿轴向对各鳍面单元的输入功率进行积分,建立了一种长鳍扭波推进水动力效率的计算方法。在此基础上,通过系列数值计算研究了其推进效率随来流速度、扭波频率、波长、摆幅的变化规律。(3)基于扩散光顺模型动网格技术,采用全局结构化网格,建立了柔性长鳍扭波推进的流场大涡模拟方法(LES),计算获得了摆角幅度30°下长鳍扭波推进的流向涡、蟹状涡、环状涡等空间涡结构、鳍面附近的高速射流及其随波动相位的演化规律。研究表明,推力的产生与蟹状涡及其对应的高速射流相关,而升沉力则与流向涡相关。本文还开展了摆角幅度为85°在相位同步控制下的长鳍扭波推进2D-PIV流场测量试验,通过测试和分析横截面和中垂面流场获得了流向涡、蟹状涡和高速射流等流动特征及其随波动相位的变化规律。数值计算方法在流向涡、蟹状涡和高速射流等主要流动结构与特征变化规律方面均得到了有效验证。本文研究为长鳍扭波推进水动力学机理的深入揭示及水动力性能预报与应用奠定了坚实的基础。