高机动水下仿生航行器研究现状

喻俊志，杜晟，吴正兴

(1. 北京大学工学院，北京 100871；2. 中国科学院自动化研究所 复杂系统管理与控制国家重点实验室，北京 100190)

0 引 言

自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）是海洋科技中的重要组成部分，在军事、民事上均有广泛应用。传统AUV 采用螺旋桨进行推进，具有安装方便、控制简单，易于更换维护等优点。但其效率低、噪声大、转向机动性差以及易出故障等实际问题也不容忽视。与此同时，水下生物经过数亿年的演化，进化出各种适应于水中运动的能力。通过模仿自然界水下生物的推进机理，能有效提高水下航行器的效率和机动性，以及减少噪声和对海洋生物造成伤害等问题。

最常见的水下生物是鱼类，人类已知的约有2 万余种。鱼类和鲸豚类具有流线型外形，且体表能分泌粘液，能极大降低水中阻力；强有力的肌肉带给鱼类瞬间启动、爆发式加速和快速转向的能力，而鱼鳔和鳍面的巧妙配合，能让鱼类实现大角度的俯仰运动以及悬停。此外，乌贼、章鱼以及扇贝等其他水生生物利用射流实现推进和转向，在自身加速前进的同时可阻碍捕食者。这些特性给水下航行器的改进和研发提供了新的研究方向和思路。

1 水下仿生航行器的分类

从推进力的来源来分[1-2]，可以将水下仿生航行器分成两大类：一类仿照章鱼和扇贝等利用向后方喷出液体进行推进；一类模仿鱼类和鲸豚类，利用身体和鳍面运动时产生的涡流进行推进。其中鱼类按其推进主动力的来源可分为奇鳍/对鳍（Medial and Paired Fin，MPF）模式和身体/尾鳍（Body and Caudal Fin，BCF）模式。……