本书以鸬鹚水面短距起飞机理为核心，系统研究其扑翼与脚蹼协同推进的动力学特性，为仿生水空跨域航行器设计提供科学支撑。针对水空介质转换中密度骤变、能量损耗及控制失稳等难题，本书融合生物力学、流体力学与工程学方法，结合实验观测、CFD仿真与流固耦合技术，定量解析鸬鹚扑翼准定常片元模型及脚蹼周期性拍水的非定常流场特征，揭示升阻力动态耦合机制与冲量贡献规律。本书创新性提出骨骼蒙皮变形算法，构建柔性脚蹼高拟真流固耦合平台，模拟生物软组织大变形与流体响应的双向作用，阐明脚蹼波动减阻与姿态自调整机理。 本书研究进一步设计拮抗式仿生脚掌样机，验证了鸬鹚脚蹼基于阻力推进与升力优化的运动策略，揭示其水面起飞初期脚蹼拍击的关键作用及流体能量高效转化规律。书中总结出水空两栖生物进化折中机制（如外形变体、多维适航技术），并通过数值模拟复现鸬鹚短距起飞过程，为跨域航行器辅助动力系统与变体设计提供理论依据。 本书适用于仿生机器人、航空航天及流体力学领域的研究者与工程师，兼具理论深度与工程应用价值。通过解析自然生物跨介质运动的物理本质，为突破水空转换技术瓶颈、推动军事部署与智能城市安防创新提供科学参考，实现了生物机理与工程技术的深度交叉融合。

第1章 扑翼力建模
1.1 鸟类飞行运动理论
1.1.1 鸟类翼型结构
1.1.2 鸟类扑翼运动学介绍
1.1.3 空气动力学参数
1.1.4 现有理论研究
1.2 鸟类扑翼力建模
1.2.1 扑翼运动学描述
1.2.2 片条理论
1.2.3 扑翼空气动力学计算
1.3 本章小结
第2章 脚蹼力建模
2.1 后肢力在起飞力学中的作用
2.1.1 陆地起飞
2.1.2 水面起飞
2.2 不同机理的水面生物比较
2.2.1 昆虫类生物水面行进
2.2.2 大型水面行走生物
2.2.3 鸬鹚水面行进机理研究
2.2.4 蛇怪蜥蜴水面行走机理描述
2.2.5 鸬鹚脚蹼与蛇怪蜥蜴脚蹼相似性
2.2.6 蛇怪蜥蜴不同阶段的受力假设
2.2.7 鸬鹚单周期脚蹼力模型
2.3 鸬鹚脚蹼运动学模型
2.3.1 鸬鹚脚蹼与扑翼耦合关系分析
2.3.2 鸬鹚腿部运动简化模型
2.3.3 鸬鹚腿部坐标系建立
2.3.4 腿部D-H矩阵分析
2.3.5 腿部雅各比矩阵分析
2.4 本章小结
第3章 鸬鹚起飞运动数据捕捉
3.1 动作捕捉方法和工具
3.2 腿部关节角度值的捕捉
3.2.1 捕捉方法
3.2.2 数据处理
3.2.3 轨迹图
3.3 扑翼扑动角的捕捉
3.3.1 捕捉方法
3.3.2 数据处理
3.4 位移的捕捉
3.4.1 捕捉方法
3.4.2 数据处理
3.4.3 轨迹图
3.5 本章小结
第4章 鸬鹚生物学形态和运动学推进研究概述
4.1 引言
4.2 水空两栖生物进化折中权衡机制
4.2.1 水空跨介质形态和功能进化权衡
4.2.2 水陆两栖水鸟运动能力的进化折中
4.3 典型水空两栖生物水空跨介运动
4.3.1 水空跨介质生物的推进机理
4.3.2 水下冲击出水(冲量型)
4.3.3 水面滑跃起飞(动量型)
4.4 鸬鹚的形态学及运动机理研究
4.4.1 鸬鹚生物阶元分类
4.4.2 水鸟后肢力学研究
4.4.3 脚蹼作用及力学分析
4.4.4 鸬鹚的蹼助起飞机理
4.5 本章小结
第5章 鸬鹚蹼助水空转换推进机理及运动分析
5.1 引言
5.2 数值模拟模型介绍
5.2.1 生物飞行和游泳的数值模拟方法
5.2.2 物理模型
5.2.3 网格处理方法
5.3 运动及轨迹处理方法
5.3.1 记号介绍
5.3.2 数据轨迹处理方法
5.3.3 轨迹点数据结果
5.3.4 刚体运动计算方法
5.4 计算结果分析
5.4.1 鸬鹚水面起飞运动学描述
5.4.2 鸬鹚水面起飞流场结果
5.4.3 鸬鹚水面起飞蹼助推进动力学分析
5.5 本章小结
第6章 仿生骨骼蒙皮的流固耦合作用机理分析
6.1 引言
6.2 流固耦合计算模型
6.2.1 数值方法
6.2.2 几何模型
6.2.3 网格
6.3 脚掌拍动流固耦合结果
6.3.1 柔性脚掌拍动受力分析
6.3.2 脚掌流固耦合运动速度与压力分布
6.3.3 脚掌流固耦合动力学分析
6.4 脚掌波动推进模型
6.4.1 脚掌波动运动描述
6.4.2 脚掌波动运动拟合
6.4.3 三维表面网格的骨骼权重分布
6.4.4 三维表面网格的重构和优化
6.5 流体力学数值模型
6.5.1 几何模型及数学模型
6.5.2 波动运动学结果分析
6.5.3 波动动力学结果分析
6.6 本章小结
第7章 仿生样机系统集成及运动机理试验验证
7.1 引言
7.2 仿鸬鹚脚掌样机系统设计与集成
7.2.1 仿生关节驱动系统设计
7.2.2 仿生关节驱动系统模块组成
7.2.3 主要模块组成框架
7.2.4 软体蹼面蒙皮的仿生学材料分析
7.3 仿生样机水面/水下运动流体力学分析
7.3.1 测试原理与平台搭建
7.3.2 仿生样机水面/水下拍动测量结果
7.3.3 动力学结果分析与误差讨论
7.4 鸬鹚水面起飞过程动力学建模
7.4.1 扑翼力模型
7.4.2 脚蹼力模型
7.4.3 脚蹼运动学模型
7.5 鸬鹚的动力学模型仿真结果及验证
7.5.1 模型框架
7.5.2 具体模块设计
7.5.3 仿真结果
7.5.4 运动参数的影响
7.6 本章小结
参考文献