西安交通大学胡桥教授团队：从“形似”到“神似”，构建水下波动推进机器人的研究体系

海洋高端装备正经历由机械化向智能化的历史跃迁。正如中国科学院丁汉院士所说，仿生机器人领域正迎来生物智能与人工系统深度融合的关键突破期，其发展将重构人类探索自然的维度。作为“深海物联网”核心载体，配备仿生波动推进技术的水下无人航行器(UUV)突破传统螺旋桨的物理局限，这一变革不仅具有学术价值，更将重塑海洋作业的时空尺度，推动长期驻留水下的智能装备网络成为现实。

海洋作为战略资源富集区，其开发深度直接关乎国家未来。UUV 在海洋调查与勘探、国防安全等领域应用广泛，但其推进系统中的传统螺旋桨存在噪声显著、隐蔽性弱等固有缺陷。受尼罗河魔鬼鱼等高效游动生物启发，仿生波动推进技术通过复现生物鳍行波传递机制，在推进效率、运动精准度及环境适应性方面展现突破性优势。其柔性运动模式兼具低噪声与强隐蔽性，为构建新一代智能水下装备提供了颠覆性技术路径。

西安交通大学胡桥等研制的不断迭代升级的波动推进机器人

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水下波动推进机器人动力学研究

胡桥 等著

北京: 科学出版社,2025.8

ISBN 978-7-03-082596-4

胡桥教授长期从事水下波动推进动力学与深海智能装备技术研究，积累了深厚的理论基础和丰富的工程实践经验。新著《水下波动推进机器人动力学研究》系统性地整合了作者近十年在仿生波动推进机理、动力学建模、数值模拟、实验验证和工程化应用等方面的重要研究成果，既具备科学理论深度，也紧密契合实际工程需求，展现出极高的学术价值和工程实用性。

尹韶平

2025 年4 月

本书相关研究依托于十余项国家级项目，如国家自然科学基金项目“基于刚柔感知融合的水下机器人波动推进步态与时变流场自匹配研究”(项目编号为52371337)，国家自然科学基金“叶企孙”科学基金项目“水下流电复合侧线阵列高精度感知机制”(项目编号为U2441288)等。

本书主要内容分三部分：第一部分为波动推进理论，包含第2 章和第3 章，基于冲量原理波动推进模型和二维线性化波动推进模型，揭示运动参数与推进效率的量化规律；第二部分为仿生波动推进水动力学，包含第4～6 章，主要借助高精度数值方法解析波动推进涡旋演化耦合机制；第三部分为波动推进机器人性能，包含第7 章和第8 章，创新提出波动推进机器人结构设计，结合船舶稳性理论实现抗风浪能力突破。各章贯穿“机理认知-模型构建-装备设计”的转化逻辑，为仿生机器人工程化提供创新方法。

《水下波动推进机器人动力学研究》以海洋高端装备发展的迫切需求为出发点，围绕水下波动推进技术的核心问题展开深入介绍。作者团队基于对尼罗河魔鬼鱼等生物推进机制的细致观察，揭示了波动鳍运动与流体动力学之间的复杂耦合关系。全书内容层层递进，从基础理论到实际应用，构建了完整的水下波动推进研究体系。在理论层面，书中提出了基于冲量原理的波动推动水动力性能，将推力产生机制与流场涡旋演化相结合，揭示了波动运动参数与推进性能之间的内在规律。在数值模拟方面，通过建立二维线性化波动推进数学模型和高精度三维约束浸入边界法，实现了从理想流体到黏性湍流的跨尺度仿真，为复杂流场分析提供了可靠工具。此外，该书将理论与实践结合，详细介绍了水下波动推进机器人的结构设计、控制策略及水面稳性优化方法，并通过实验验证了理论模型的准确性，全书体现了从“形似”到“神似”的仿生设计理念。

胡海豹

2025 年6 月

本书成果得益于西安交通大学海洋技术与装备创新团队多学科协同创新。学科交叉的协同创新，使我国在海洋智能装备领域实现从追赶者向领跑者的历史跨越。作为融合水动力学、仿生技术与海洋工程的系统性成果，本书着力打通理论创新与工程实践的双向路径，既有水下波动推进动力学的理论突破，还包含多型机器人样机的实验验证数据，为科研工作者提供从创新思维到技术实现的全要素支持。

期待本书为相关领域研究者提供创新启示，共同助力海洋强国的科技崛起。

本文摘编自《水下波动推进机器人动力学研究》（胡桥等著. 北京 : 科学出版社, 2025. 8）一书“前言”“序一”“序二”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-082596-4

责任编辑：

杨丹：15502918619

罗瑶：18629426379

本书聚焦水下波动推进机器人动力学研究的前沿技术，开展基于冲量原理的波动推进动力学建模关键技术研究，分析波动推进模型下推力和流体冲量之间的基本关系，系统阐述水动力性能的理论模型与数值预报方法，建立波动推进水动力性能预报模型。介绍二维、三维波动推进水动力性能预报与流场演化，优化水下波动推进机器人水动力性能。通过理论分析、数值模拟与实验研究相结合，深入探讨仿生波动推进的运动机制与性能优化方法，为高性能水下波动推进机器人的研发提供理论基础与技术支撑。

本书可供高等院校机械工程、海洋工程等专业本科生与研究生学习参考，也可供水下波动推进机器人领域的科研人员和工程技术人员阅读。

（本文编辑：刘四旦）