扑翼尾迹中细丝的柔性对气动效能的影响
发布时间：2021-10-11 10:11
柔性对生物的运动起着至关重要的作用,例如鸟类的飞行和鱼类的游动.对柔性的研究有利于深刻地认识一些动物的运动机制和制造高效推进的仿生机器.文章在侧向自由弹性细丝的模型基础上,对不同柔性细丝的气动效能进行了研究.数值模拟结果表明,在Karman涡街中,细丝的阻力系数随着其柔性减小而减小,细丝尾端的振幅随着其柔性减小而增大.结果还表明,在一定范围的Reynolds数下,减小细丝柔性,细丝由在涡核之间穿梭摆动运动模式变成在涡街外侧摆动运动模式,其尾涡的对称性也发生了明显的变化.
【文章来源】：气体物理. 2019,4(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图３未放人细丝之前扑翼产生的涡街??Ｆｉｇ．?３?Ｖｏｒｔｅｘ?ｓｔｒｅｅｔ?ｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｂｙ?ｆｌａｐｐｉｎｇ?ｗｉｎｇｓ??ｂｅｆｏｒｅ?ｆｉｌａｍｅｎｔ?ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ??
卷??数；／细丝头端与扑翼尾端的水平距离；／：扑翼的??扑动频率，表１的数据除细丝弯曲刚度／ａ以外，??其他参数和参考文献［１２］取值相同．??Ｒｅ?－?ｐｄｌｌｘ／ｕ，?Ｓｔ?＝?ｆｄ／Ｕｘ?，??ｉ４（１?＝?２ｃｓｉｎ６／ｄ，?ＤＬ?＝?Ｄ／Ｌ，?Ｋｂ?＝?Ｋｂ?／ｐｏＵ２Ｌ３??有研究表明，在Ｓｔｒｏｕｈａｌ数义在０．２￣０．４的??区间内Ｘ４ｄ），鱼类的推进效率最高［｜４］，??为了得到稳定的计算结果，避免不必要的计算，本??文所选取的Ｓｔ，均在０．２￣０．４范围内（图２［１２］中的??灰色区域）．图中口代表模式１，细丝在涡核之间穿??梭摆动；〇代表模式２，细丝在涡街外侧摆动；Ａ??代表模式３，细丝在涡街中间微弱摆动；？代表模??式４，细丝夹在涡带之间往复摆动．??表１数值模拟中采用的无量纲化参数??Ｔａｂｌｅ?１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??Ｇｒｏｕｐ?Ａ??Ｒｅ??Ｋｂ??〇，??ｆ??ｅ??２５５??ｌｘｌＯ＇５??２．０??０．３??２５??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇＇４??５ｘＨＴ４??ｌｘｌ（Ｔ３??Ｇｒｏｕｐ?Ｂ??Ｒｅ??Ｋｂ??ｆ??６??２５５??ｌｘｌ（Ｔ５??２．０??０．４??２０??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇＇４??５ｘｌ〇－４??ｌｘｌ〇￣３??Ｇｒｏｕｐ?Ｃ??Ｒｅ??Ｋｂ??〇，??ｆ??６??２５５??ｌｘｌＯ－５??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇４??５ｘｌ（Ｔ４??ｌｘｌ（Ｔ３??２．０??０．５５??１５??Ｇｒｏｕｐ?Ｄ??Ｒｅ??Ｋｂ??
第６期??刘亮，等：扑翼尾迹中细丝的柔性对气动效能的影响??５３??＇夂，？?Ｉ??（ｃ）?０Ｊ５Ｔ??，飞？？參??（ｄ）?１．０７１??图４弹性细丝呈现模式】运动时细丝在１个摆动??周期内的４个时刻涡量云图??Ｆｉｇ．?４?Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?ｎｅｐｈｏｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌａｓｔｉｃ?ｆｉｌａｍｅｎｔ?ａｔ?ｆｏｕｒ?ｔｉｍｅ??ｉｎｓｔａｎｔｓ?ｉｎ?ａ?ｐｅｒｉｏｄ?ｏｆ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｏｄｅ?１??图５细丝尾端轨迹图??Ｆｉｇ．?５?Ｆｉｌａｍｅｎｔ?ｔａｉｌ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ??通过改变细丝的柔性，可以发现，随着细丝的??柔性减小，细丝的阻力系数减小（如图６所示），细??丝的尾端振幅增大（如图７所示）．由图８细丝的尾??部涡量云图可以看出，随着柔性的减小，细丝尾涡??对称性得到增强，对称尾涡产生了更大的推力，所??以细丝的阻力系数减小．这一实验结果和前人??Ｒａｓｐａ的研究相吻合？?２０１３年，Ｒａｓｐａ等［叫研究了??并列布置的两个扑翼的推进特性及其尾涡结构，发??现异相运动（相位差为ＴＴ）的两个扑翼能够产生对??称的尾涡，而相位差为７７／２的两个扑翼则产生不对??称的尾涡，并且对称的尾涡结构有利于产生更大的??推力．细丝的柔性减小，在相同的侧向力的诱导下，??刚度大的细丝更不容易弯曲．所以随着细丝柔性的??减小，细丝的尾端振幅增大．??Ｋｂ??图６细丝阻力系数和柔性之间的关系??Ｆｉｇ．?６?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｄｒａｇ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??ａｎｄ?ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｌａｍｅｎｔ??Ｋｂ??阁７细丝
本文编号：3430308
【文章来源】：气体物理. 2019,4(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图３未放人细丝之前扑翼产生的涡街??Ｆｉｇ．?３?Ｖｏｒｔｅｘ?ｓｔｒｅｅｔ?ｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｂｙ?ｆｌａｐｐｉｎｇ?ｗｉｎｇｓ??ｂｅｆｏｒｅ?ｆｉｌａｍｅｎｔ?ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ??
卷??数；／细丝头端与扑翼尾端的水平距离；／：扑翼的??扑动频率，表１的数据除细丝弯曲刚度／ａ以外，??其他参数和参考文献［１２］取值相同．??Ｒｅ?－?ｐｄｌｌｘ／ｕ，?Ｓｔ?＝?ｆｄ／Ｕｘ?，??ｉ４（１?＝?２ｃｓｉｎ６／ｄ，?ＤＬ?＝?Ｄ／Ｌ，?Ｋｂ?＝?Ｋｂ?／ｐｏＵ２Ｌ３??有研究表明，在Ｓｔｒｏｕｈａｌ数义在０．２￣０．４的??区间内Ｘ４ｄ），鱼类的推进效率最高［｜４］，??为了得到稳定的计算结果，避免不必要的计算，本??文所选取的Ｓｔ，均在０．２￣０．４范围内（图２［１２］中的??灰色区域）．图中口代表模式１，细丝在涡核之间穿??梭摆动；〇代表模式２，细丝在涡街外侧摆动；Ａ??代表模式３，细丝在涡街中间微弱摆动；？代表模??式４，细丝夹在涡带之间往复摆动．??表１数值模拟中采用的无量纲化参数??Ｔａｂｌｅ?１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??Ｇｒｏｕｐ?Ａ??Ｒｅ??Ｋｂ??〇，??ｆ??ｅ??２５５??ｌｘｌＯ＇５??２．０??０．３??２５??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇＇４??５ｘＨＴ４??ｌｘｌ（Ｔ３??Ｇｒｏｕｐ?Ｂ??Ｒｅ??Ｋｂ??ｆ??６??２５５??ｌｘｌ（Ｔ５??２．０??０．４??２０??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇＇４??５ｘｌ〇－４??ｌｘｌ〇￣３??Ｇｒｏｕｐ?Ｃ??Ｒｅ??Ｋｂ??〇，??ｆ??６??２５５??ｌｘｌＯ－５??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇４??５ｘｌ（Ｔ４??ｌｘｌ（Ｔ３??２．０??０．５５??１５??Ｇｒｏｕｐ?Ｄ??Ｒｅ??Ｋｂ??
第６期??刘亮，等：扑翼尾迹中细丝的柔性对气动效能的影响??５３??＇夂，？?Ｉ??（ｃ）?０Ｊ５Ｔ??，飞？？參??（ｄ）?１．０７１??图４弹性细丝呈现模式】运动时细丝在１个摆动??周期内的４个时刻涡量云图??Ｆｉｇ．?４?Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?ｎｅｐｈｏｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌａｓｔｉｃ?ｆｉｌａｍｅｎｔ?ａｔ?ｆｏｕｒ?ｔｉｍｅ??ｉｎｓｔａｎｔｓ?ｉｎ?ａ?ｐｅｒｉｏｄ?ｏｆ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｏｄｅ?１??图５细丝尾端轨迹图??Ｆｉｇ．?５?Ｆｉｌａｍｅｎｔ?ｔａｉｌ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ??通过改变细丝的柔性，可以发现，随着细丝的??柔性减小，细丝的阻力系数减小（如图６所示），细??丝的尾端振幅增大（如图７所示）．由图８细丝的尾??部涡量云图可以看出，随着柔性的减小，细丝尾涡??对称性得到增强，对称尾涡产生了更大的推力，所??以细丝的阻力系数减小．这一实验结果和前人??Ｒａｓｐａ的研究相吻合？?２０１３年，Ｒａｓｐａ等［叫研究了??并列布置的两个扑翼的推进特性及其尾涡结构，发??现异相运动（相位差为ＴＴ）的两个扑翼能够产生对??称的尾涡，而相位差为７７／２的两个扑翼则产生不对??称的尾涡，并且对称的尾涡结构有利于产生更大的??推力．细丝的柔性减小，在相同的侧向力的诱导下，??刚度大的细丝更不容易弯曲．所以随着细丝柔性的??减小，细丝的尾端振幅增大．??Ｋｂ??图６细丝阻力系数和柔性之间的关系??Ｆｉｇ．?６?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｄｒａｇ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??ａｎｄ?ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｌａｍｅｎｔ??Ｋｂ??阁７细丝
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