基于XFlow的半转翼类昆虫升力形成机制研究

发布时间：2020-08-15 21:00

【摘要】：基于半转机构的半转翼通过连续不对称转动的翼片来模仿昆虫飞行,能避免由自身往复摆动产生的惯性力,使半转翼飞行器更有利于飞行。本文基于半转翼前期研究的成果,结合昆虫飞行机制分析半转翼的升力形成机制,以期为飞行器的升力形成机理和升力提高途径提供支持,对半转机构应用于飞行具有重要意义。首先,分析并总结了国内外对昆虫飞行机制的研究,介绍了半转翼工作原理及其基本运动。在XFlow中建立半转翼的流场分析模型,根据其运动规律表示出几何体的运动方程并设定半转翼流场分析模型的相关参数,计算得到半转翼单翼片在设定状态下的升力变化规律及流场分布特点。通过确定升力及流场的后处理方法为半转翼飞行升力形成机理提供了一个定性分析的基础。其次,基于半转翼单翼片的升力变化规律及流场分布特点对半转翼升力形成机理进行了深入分析。获得了翼片各展弦比及曲柄转速下对半转翼升力的影响,分析出影响升力的关键参数。通过对半转翼片与对称转动翼片的比较,证明半转翼因其不对称转动特性能有效产生升力。阐明翼片附近涡量、速度及压力的分布对升力的影响,通过描述半转翼产生升力的流场特征,阐释出半转翼升力形成及变化的原因,分析了半转翼的类旋转环流效应,初步揭示半转翼升力形成的机理,为提高半转翼升力指明了方向。再次,建立双翼片半转翼流场分析模型,比较了单双翼片半转翼的升力变化规律,同时分析了半转翼悬停状态下不同翼片间隙值时升力的变化规律,利用Matlab拟合出各间隙值下的升力并进行对比,得到翼片间隙值变化对半转翼升力的影响。获得有无添加中间框架时双翼片流场中气流的运动规律,并说明翼片附近速度及压力的分布对半转翼升力的影响。比较半转翼悬停飞行升力机制与韦斯—福效应的异同,有助于进一步认识半转翼悬停飞行升力机制。最后,围绕前进状态下半转翼样机模型的升力形成机理展开研究。得到样机在初始零迎角状态下不同曲柄转速及来流速度,以及初始非零迎角状态下不同初始迎角时的升力变化规律。分析出绕翼片的前缘涡,翼面上的展向流以及脱落尾涡的运动规律,并比较了半转翼前进飞行升力机制与昆虫延迟失速效应及尾涡捕获效应的异同。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V211.41
【图文】：

图 1.1 小黄蜂的拍-合机制2 所示，1996 年 C.P.Ellington[22]等在进行风洞实验时将拴着的果表明，鹰蛾之所以可以产生较大的升力是因为翼翅上的失速中都未脱落。并且，在失速涡流的中间还存在展向气流，其对

图 1.2 模型鹰蛾翅拍动运动时的前缘涡 年 M.H.Dickinson[7]等将果蝇翼翅模型置于装满矿物油所示。结果表明，由翼翅转动和尾部涡流形成的升力是部分。

果蝇模型实验装置

【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 王孝义;周军;邱晗;陈富强;邱支振;;类两足步行机构行走性能实验研究[J];安徽工业大学学报(自然科学版);2013年04期

2 牟晓蕾;孙茂;;昆虫翅平面形状和展弦比对其气动性能的影响[J];北京航空航天大学学报;2011年11期

3 王孝义;梅林林;陈富强;邱支振;;类两足步行机构及其运动几何特征分析与应用[J];机械科学与技术;2011年06期

4 邱晗;王孝义;;半转机构—一种运动仿生机构的构成及其基本运动特性[J];机械科学与技术;2011年04期

相关会议论文 前1条

1 张正娟;屠恒章;沈怀荣;;基于Fluent的低雷诺数下翼型数值模拟[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年

相关硕士学位论文 前1条

1 董银萍;半转翼飞行升力形成机制及其估算方法研究[D];安徽工业大学;2016年

本文编号：2794640