微型飞行器新式局部翼面运动翼型气动特性研究

发布时间：2017-10-05 13:30

  本文关键词：微型飞行器新式局部翼面运动翼型气动特性研究

  更多相关文章： 微型飞行器 低雷诺数 马格努斯效应 层流分离 升阻比

【摘要】：微型飞行器技术近年来一直是航空领域的研究热点,低雷诺数下微型飞行器面临的空气动力学问题是制约其发展的主要挑战。微型飞行器尺寸小,速度低,低雷诺数下粘性效应凸显,导致黏性力不可忽视,使得翼型升阻比急剧下降；同时,翼面局部会出现逆压梯度过大,导致出现层流分离现象。本文突破了经典马格努斯效应圆形剖面结构的限制条件,采用了非圆剖面结构型式以获得广义的马格努斯力。运用流函数、位函数叠加法求解了马格努斯力的解析式,基于广义的马格努斯效应提出了具有局部运动翼面的新式翼型；通过ANSYS ICEM CFD软件将局部翼面运动翼型结构网格化；运用FLUENT软件对局部翼面运动翼型进行了不同结构参数和动力参数组合条件下的CFD数值计算；通过3D打印技术制作了局部翼面运动翼型的实验模型,搭建了气动特性测试的实验平台,对局部翼面运动翼型气动特性进行了实验研究。CFD数值计算结果和实验结果表明：局部运动翼面的新式翼型,与通常常规翼型相比,在同样的来流速度下,可获得更高的升阻比,并且能一定程度上减缓或者阻止翼面层流分离现象的发生,改善翼型低雷诺数下的气动特性。本文研究成果对于解决微型飞行器低雷诺数下升阻比低下、翼面发生层流分离气动特性不佳问题具有重要的应用价值。
【关键词】：微型飞行器 低雷诺数 马格努斯效应 层流分离 升阻比
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景和课题来源9
• 1.2 研究意义和研究目的9-10
• 1.3 研究现状和文献综述10-15
• 1.3.1 国内外微型飞行器的研究现状10-12
• 1.3.2 微型飞行器的的关键技术及挑战12-13
• 1.3.3 低雷诺数下微型飞行器空气动力学问题13-15
• 1.4 本文主要工作15-17
• 第2章 马格努斯力的理论计算和新式局部翼面运动翼型设计17-38
• 2.1 马格努斯效应简介17-19
• 2.2 二维条件下马格努斯力的理论计算19-30
• 2.2.1 基本位流流场位函数和流函数的MATLAB仿真19-23
• 2.2.2 无环量圆柱绕流的马格努斯力计算23-26
• 2.2.3 旋转圆柱绕流的马格努斯力计算26-30
• 2.3 基于马格努斯效应的新式局部翼面运动翼型设计30-37
• 2.3.1 二维翼型的定型流动获得速度环量常规方法30-33
• 2.3.2 新式局部翼面运动翼型设计33-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 新式局部翼面运动翼型气动特性计算机仿真分析38-63
• 3.1 计算流体力学(CFD)基础概念38-40
• 3.1.1 计算流体力学发展和现状38-39
• 3.1.2 CFD数值仿真计算一般步骤39
• 3.1.3 本章所用软件简介39-40
• 3.2 ICEM CFD划分网格40-45
• 3.2.1 创建局部翼面运动翼型的几何模型40-41
• 3.2.2 划分计算域41-43
• 3.2.3 创建边界层加密非结构化网格43-45
• 3.3 FLUENT数值计算涉及的几个概念解释45-47
• 3.3.1 本文算例涉及到的边界条件45-46
• 3.3.2 湍流模型的选择原则46
• 3.3.3 边界湍流设置用到的物理量46-47
• 3.4 关于局部翼面运动翼型对升阻比影响的仿真及结果分析47-57
• 3.4.1 物理问题描述47-48
• 3.4.2 K-ε湍流模型的选择及边界湍流设置48-49
• 3.4.3 仿真算例组的参数设置49-50
• 3.4.4 数值计算结果及分析50-57
• 3.5 关于局部翼面运动翼型对层流分离影响的仿真及结果分析57-61
• 3.5.1 TRANSITION K-KL-OMEGA(3 EQN)湍流模型及边界湍流设置58
• 3.5.2 仿真算例的参数设置58-59
• 3.5.3 数值计算结果及分析59-61
• 3.6 本章小结61-63
• 第4章 局部翼面运动翼型气动特性测试实验设计与实施63-75
• 4.1 气动特性测试实验平台搭建63-71
• 4.1.1 实验平台的基本组成63
• 4.1.2 局部翼面运动翼型模型设计63-64
• 4.1.3 来流风速测量系统64-66
• 4.1.4 电机转速测量系统66-67
• 4.1.5 升力和阻力测量系统67-70
• 4.1.6 实验平台的电源系统70-71
• 4.2 实验实施的基本步骤71
• 4.3 实验结果与分析71-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第5章 结论与展望75-77
• 5.1 研究结论75-76
• 5.2 研究展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81

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本文编号：977072