蜻蜓褶皱翼气动效能与应力分析

发布时间：2017-09-23 04:08

  本文关键词：蜻蜓褶皱翼气动效能与应力分析

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【摘要】：鉴于仿生学的飞速发展与微电子技术的日趋完善,微型扑翼飞行器的设计与制造也变得越来越成熟,其广阔的军事与民用用途也要求着微型扑翼飞行器的进一步发展,然而不同于人类传统的飞行器,这些飞行器尺寸较小,飞行速度相对较慢,空中飞行时的阻力就会大大增加,传统的气动布局与飞行方式并不适应于此类飞行器,这就为微型飞行器的发展带来很大的困难,因此要在当前的技术下根据这些微小机器自身的特点设计出新型的并且适应它们的飞行方式。本文将仿生学与流体力学结合,利用流体力学软件Fluent对蜻蜓前翅翼的二维与三维褶皱翼型的流场结构进行模拟,并得出相应结论,本文主要分为以下几个部分:首先,结合仿生学中蜻蜓前翅翼的结构与参数对蜻蜓前翅翼上沿展向五处截面翼型进行模型构建,分别设置0-25°不同的五种攻角,计算后得出相应的升阻力系数图,并求解出五种翼型的升阻比。结果发现在攻角25°内,翼型的升力与阻力均随着攻角增大而增大,靠近身体部分的翼型在滑翔时会产生一个很小的负升力,从而保证翅膀的平直,不会产生翘曲。其次,在完成二维静止翼型的计算后,选取气动效能最好的褶皱翼型,嵌入动网格技术,使褶皱翼型上下非对称扑动,验证UDF函数后,并且解释单个扑动周期内流场结构的变化原因,同时在NACA翼型数据库中选取结构相似的光滑翼型,在同等条件下进行相应的对比模拟仿真,根据所得到的褶皱翼型与光滑翼型翼型的升阻力变化曲线得出的结论显示:褶皱翼型在提升翅膀升力方面比光滑翼型效率更高。对比褶皱翼型2在不同振幅下的升阻力,结果发现蜻蜓最合适的扑动振幅为2—3cm。最后,对蜻蜓前翅翼进行10处剖分,得到相应的翼型数据,并结合蜻蜓前翅翼的平面二维数据进行三维翼型的构建。第一步利用Fluent计算三维翼型的升阻力,之后通过有限元软件ANSYS中Workbench模块对三维翼型进行计算,并得出相应的位移图、应力与应变图,从结果出发分析蜻蜓翅翼上褶皱结构对蜻蜓翅膀强度与韧性的提升。
【关键词】：扑翼飞行器 蜻蜓前翅翼 褶皱翼型 动网格技术
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211;TB17
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的背景和意义9-11
• 1.1.1 课题的背景9-10
• 1.1.2 目的与意义10-11
• 1.2 国内外扑翼飞行器的研究历程11-14
• 1.2.1 国外扑翼MAV的研究11-13
• 1.2.2 国内扑翼MAV的研究13-14
• 1.3 扑翼飞行器四种扑动机制简介14-15
• 1.4 蜻蜓翅膀结构分析15-16
• 1.5 研究的主要内容16-18
• 第2章 FLUENT简介与控制方程18-24
• 2.1 软件简介18-20
• 2.1.1 计算求解器—FLUENT简介18-19
• 2.1.2 模型建立与网格划分-GAMBIT简介19-20
• 2.1.3 后处理软件-Tecplot20
• 2.2 控制方程与无量纲化参数20-23
• 2.2.1 N-S方程20-22
• 2.2.2 两个无量纲化参数处理22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 二维静止褶皱翼型气动效能分析24-33
• 3.1 翼型分析24-25
• 3.2 参数选择25-26
• 3.3 FLUENT设定26-27
• 3.4 结果与分析27-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 二维扑动褶皱翼型气动效能分析33-49
• 4.1 扑动翼模型建立33
• 4.2 运动方程33-35
• 4.3 边界条件设定35
• 4.4 翼型对比35-36
• 4.5 计算网格划分36-37
• 4.6 UDF程序验证37-38
• 4.7 FLUENT计算参数与设定38-40
• 4.8 模拟计算40-44
• 4.9 结论对比与分析44-45
• 4.10 褶皱翼型升阻力与扑动振幅关系45-48
• 4.11 本章小结48-49
• 第5章 三维褶皱翼型应力分析49-57
• 5.1 三维翼型升阻力计算49-51
• 5.1.1 三维翼型模型构建49-51
• 5.1.2 计算结果与分析51
• 5.2 三维翼型的有限元应力分析51-56
• 5.2.1 有限元模型与思路51-52
• 5.2.2 模型处理与计算52-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第6章 结论与展望57-59
• 6.1 结论57-58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-63
• 硕士期间发表的论文及学术成果63-64
• 发表论文63
• 参加科研项目63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 赵红晓;仲政;;蜻蜓翅膀的力学研究进展[J];力学季刊;2009年03期

2 刘明,曾理江;透射型激光三角法测量蜻蜓翅膀形状[J];仪器仪表学报;2003年S1期

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本文编号：903101