低雷诺数下扑动翼的气动性能研究
长期以来人们对于昆虫产生高升力的机理进行了不懈的探索，尤其是昆虫在悬停时仍能仅靠扑动来产生高升力，这种高度非稳态的现象无法用准稳态理论来进行描述。昆虫的扑动运动是一个非常复杂的过程，目前人们对于该问题的研究尚处于起步阶段。本文采用Altair公司的AcuSolve软件进行建模与仿真，该软件基于有限元方法，计算精度高，建模简单，且对网格质量要求不高。本文的主要目的是在前人研究的基础上对昆虫的运动进行简化，并利用简化模型来验证前人所论述的高升力机理，进而改变运动参数，分析这些参数对昆虫飞行气动性能的影响。根据前人的研究结果，在低雷诺数范围（大约10～200）及不考虑展向流动的情况下，可把昆虫翼剖面简化为二维椭圆翼，可将复杂的翅膀运动简化成两自由度的平移和转动，且分别可由两个正弦函数来描述。 本文所得结果包括椭圆翼的升阻力系数、流场结构，以及改变运动参数时这些定量系数与流场结构的变化情况。计算结果表明平移和转动的相位差对气动力系数与流场结构起到了决定性的作用。本文验证了前人所提出的延迟失速、旋转增升、尾涡捕捉三个昆虫常用的增升机制，其中延迟失速使整个扑动过程维持在一个较高的升力水平，而旋转增升和尾涡捕捉则在此基础上提高了瞬时的升力系数并有效提高了飞行效率。这也解释了扑动的瞬态气动力和稳态气动力在数值上的差别，以及为何准定常模型无法准确预测扑动翼升力系数的原因。另外本文还研究了扑动的振幅、转轴位置及翼型厚度对于气动力系数的影响，研究表明在本文所研究的范围内，这些参数影响不大。
扑动翼;气动性能;低雷诺数;高升力机理;旋转增升;尾涡捕捉
浙江大学
硕士
飞行器设计
邓见;郑耀
2013
中文
V211.41
64
2014-07-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）