鱼类的快速起动分为C型转弯、C型起动和S型起动，具有优异的游动性能。快速起动对于鱼类的生存至关重要，研究鱼类的快速起动具有重要的科学意义和工程应用价值。当前对自主游动的机械能传递过程缺乏认识，对快速起动复杂的鱼体变形缺乏准确的数学模型，制约着快速起动的水动力学和力能学研究。本文主要以斑马鱼的快速起动为例，具体开展了如下研究工作:　　一、提出新的自主游动力能学分析方法，为计算快速起动的机械能奠定了基础。　　鱼游消耗多少能量或功率是一个长期存在的问题。传统观点认为，鱼体对流体做功的功率即为鱼游消耗的全部机械功率，但这会得出“滑行时仍在消耗能量”的悖论。本文从“鱼-水”系统的动能定理出发，在自主游动变形体动力学方程的基础上，推导出变形体力能学方程，提出新的自主游动力能学分析方法，揭示了自主游动机械功率的生成和传递过程。发现游动消耗的机械功率是由变形引起的，而非整体运动，变形是因，运动是果。以直线游动和C型起动为例进行数值模拟，发现传统的方法将会低估游动所需功率的峰值和平均值。为斑马鱼快速起动的力能学研究奠定了基础。　　二、建立了斑马鱼三类快速起动的曲率模型，模型和实验之间的误差最大仅为2.18％。　　快速起动的变形非常复杂，如何采用数学函数准确地描述其变形是一个难点。通过观察斑马鱼活体实验图像，分别针对C型转弯、C型起动和S型起动的变形特征，建立了相应的曲率模型。采用优化算法，根据实验数据对模型参数进行拟合。得到的曲率模型可以准确地反映斑马鱼C型转弯、C型起动和S型起动的变形动作，和实验之间的误差分别为2.18％、1.44％和0.98％。同时，该曲率模型还适用于其它鱼类的快速起动。　　三、对C型转弯、C型起动和S型起动进行自主游动数值模拟，探究它们的快速起动游动控制机理。　　1)对斑马鱼三类快速起动进行水动力学和力能学比较;　　斑马鱼三种快速起动具有不同的变形模式和周期。在相同的周期下，对三种快速起动的变形模式进行比较，发现C型转弯在回摆阶段的反向力矩小，因此能够实现更大的转弯角度;而C型起动在回摆阶段的反向弯曲有助于提高速度，却降低了转弯角度;S型起动加速性能不如C型起动，但能量消耗低，具有持续加速能力。在相同的变形模式下，研究周期对快速起动的影响。发现周期对于转弯角度和游动距离影响不太明显，但是对于游动速度和能量消耗影响显著。　　2)对快速起动的曲率模型参数进行研究，寻找关键参数，探讨游动控制策略;　　鱼类往往会根据实际情况调节快速起动的转弯、加速性能。为了探讨采用曲率模型对快速起动进行游动控制的策略，本文采用控制变量法，在众多模型参数中寻找关键控制参数，通过改变关键参数，实现不同的转弯角度和游动速度。发现Am和s11对转弯角度影响显著，同时调节Am和s11，可以实现60°到160°范围的C型转弯。转弯角度不是C型起动的必要条件，减小Am，转弯角度可以减小到0°，但游动速度仍达到9.3L/s。波长λ对S型起动游动速度影响显著。　　3)探究鱼体外形对快速起动性能的影响。　　鱼类通常具有不同的外形，为了探究外形对快速起动性能的影响，本文研究了相同体长、相同质量的成年斑马鱼、NACA翼型、斑马鱼幼鱼和蝌蚪四种外形。发现鱼体外形对快速起动性能的影响有三个因素:头部外形、质心位置和转动惯量。蝌蚪的质心最靠前，尾部应力的力臂长，力矩大，并且转动惯量最小，导致其C型转弯角度最大。NACA翼型头部最“尖”，前缘涡更容易脱落，产生有利的漩涡结构，头部受到负压吸力，有利于增大推力，因此其C型起动的游动速度最快。S型起动同样具有上述机制，头部负压吸力导致NACA翼型速度最快，效率最高。