地面效应和孔径效应下低雷诺数扑翼飞行气动特性研究

发布时间：2024-06-07 02:19

　　扑翼昆虫飞行的空气动力学机理复杂而有趣,一直是研究中的热点。通过研究昆虫飞行的非定常气动特性可有力促进微型飞行器(MAV)的发展,具有重大的科研和民用前景。昆虫飞行时通过翅膀上下拍动,形成强烈的前缘涡(LEV),能够有效提升升力,其升力数值比定常情况下大很多,足以平衡昆虫的重量。本文意在探究低雷诺数昆虫扑翼飞行中,运动参数的变化对漩涡分布以及升阻力系数的影响,在此基础上,进一步研究地面效应,墙壁效应以及地面开孔情况下对漩涡分布等气动特性的影响。本文中针对雷诺数为100,运动模式为normal-flapping model的二维扑翼模型,参数无量纲化,通过Fluent商业软件求解不可压Navier-Stokes方程,分别数值模拟不同相位差,拍动幅度和旋转中心条件下漩涡分布情况以及升阻力系数变化趋势。后续选取不同的离地间隙,墙壁间隙和孔径间隙来对比分析地面效应,墙壁效应和孔径大小对气动特性的影响。研究发现翅膀的运动参数会明显影响漩涡分布情况,前缘涡则会明显影响升阻力系数。当地面间隙小于2个弦长时,地面效应会明显影响尾缘涡的分布情况,增大升阻力系数,在2³个弦长时会降低...

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

翅膀在拍动过程中，空气流过翅膀的前缘，脱离而形成前缘涡，如图1-1所示，翅膀的后缘则形成一个尾缘涡，尾缘涡的对气动特性的影响较小。前缘涡会产生明显的抽吸作用，使得机翼上表面的压力降低。由于前缘涡和尾缘涡的存在，流体沿着漩涡发展，吸向漩涡中心，下拍过程中前缘涡不脱落，即延迟失速....

图1-2旋转环量机制示意图如图1-2所示，翅翼运动过程中，旋转运动与拍动运动相互作用，形成的压力最终垂直作用于机翼表面，而使其升阻力系数增大。1.3.3.尾迹捕获机制在翅膀上下拍动的过程中，漩涡会不断从翅膀上产生和脱落，导致气动特性发生变化。尾迹捕获机制发生在每一次新的....

此外翅膀运动过程中不考虑柔性变形对其气动特性的影响。扑翼过程简化后，可近似看为包括2个平动和2个转动；即包括下拍过程和上拍过程的平动，上拍和下拍之间的内旋和下拍和上拍之间的外旋。基于以上的分析，昆虫扑翼飞行运动的相关模型与参数如图2-1所示，翅膀的拍动近似在一个拍动平....

以上的分析是基于三维的情况加以描述。本文的研究对象为简化的二维扑翼模型，研究内容力求简单高效，将翅膀的拍动运动以及翅膀的转动运动均看为正余弦函数进行研究，且不考虑三维效应以及柔性变形的影响。下面针对二维的情况详细说明。在研究二维昆虫扑翼模型中，其运动模式主要有两种，分别为wat....

本文编号：3990635