鱼类游动的特征

2020-12-16 17:27:01 210

鱼类是早期真骨类脊椎动物,经过大自然残酷的自然选择,发展了各具特色的在水中运动的能力,概括起来包括两个方面:其一,可以在持久游速下保持低耗能、高效率;其二,可以在拉力游速或爆发游速下实现高机动性。

在流体力学中常常使用雷诺数( Re=UL/μ )来表示惯性力和粘性力之比,以反映流体对运动物体的黏性作用的相对大小。雷诺数与鱼的游速U和体长L成正比,与运动黏性系数μ成反比。针对鱼类游动问题,由于水这类介质的运动黏性系数变化很小,因此,体型越大且游速越高的鱼,其雷诺数越高。据统计,鱼和海洋哺乳动物游动的雷诺数范围介于104-108量级之间。在这个范围内,按照鱼体的形态和运动形式将鱼类粗分为三类模式(以雷诺数从低到高为序) :鳗鲡模式、黪科模式及月牙尾推进模式。鳗鲡模式(如水蛇)是指整个鱼体从头到尾做波状摆动,且波幅基本不变,或向后略有增加。黪科模式(如鲤鱼)的鱼体后段逐渐减小,形成尾柄,然后连接展弦比大的尾鳍,鱼的前体基本失去柔性,波状摆动主要集中在后体,特别是尾柄到尾鳍处,波幅急剧增大。月牙尾推进是指海洋大型鱼和海洋哺乳动物具有大展弦比的月牙形尾鳍,这些动物主要依靠月牙尾的大幅摆动,实现高速和高效推进,其巡游速度可达20节( 相当于36km/h),流体推进效率可高达80%以上。因此月牙尾推进机理现在是仿生推进研究的一一个热点,学者们往往将他简化为刚性的拍动翼模型来做实验和计算。