仿座头鲸鳍肢翼段失速控制机理研究
发布时间：2021-09-01 06:37
近年来小型旋翼机械、风力机、叶片式水力机械运行安全问题引起学者和工程师门广泛关注。在机械运行过程中,超过某一临界工况时将会出现升力系数迅速降低引发机翼或叶片震颤,长时间将出现断裂。为了改善这种失速现象一种新型的被动控制方式仿生前缘凸起结构被大量研究。本文利用数值模拟手段对仿座头鲸鳍肢翼段失速控制机理进行研究,主要研究内容和结论如下:（1）采用数值模拟方法对NACA 634-021和NACA 0012基础翼型、单凸起翼型进行数值模拟。与丝线可视化实验结果对比完成对Transition SST模型系数修正。利用修正后的湍流模型完成对基础翼型、单凸起翼型研究分析。分析失速成因以及前缘单凸起对不同失速类型翼型影响机理。发现该雷诺数下NACA 0012翼型属于前缘失速、NACA 634-021翼型属于前缘-尾缘混合型失速。前缘单凸起结构对前缘失速翼型影响小于前缘-尾缘混合型失速翼型。具体影响机理如下:随着攻角增加单个前缘凸起结构使凸起后尾缘形成的分离区不对称发展,形成单侧失速现象,整个失速过程升力系数呈现阶梯型变化。前缘单凸起有类似于翼刀作用即在一定攻...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1座头鲸捕食可迅速回转
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-流器减弱边界层分离趋势的基本原理是降低叶片局部区域沿弦向的负压梯度[10]。前缘凸起结构是通过对海洋中座头鲸鳍肢仿生得到。在海洋中，鲸是海洋中大型生物之一，其身长从几米至几十米不等。相比于小型鱼类，由于其体型庞大更难完成转弯等运动。但是经过观察研究发现，座头鲸作为海洋中的庞然大物，却能在捕食时展现出优良的回转能力。如图1-1，在回转过程中其具有大展弦比的鳍肢起到了极大的作用，通过对鳍肢仔细的观察发现在鳍肢前段存在这无规则排列的凹凸型结构，如图1-2。对比其它海洋生物这是座头鲸独特的鳍肢结构，Fish等[11]深入研究了座头鲸鳍肢前缘凸起结构并从仿生学角度出发设计前缘具有凸起结构的机翼。对比该仿生结构翼型与无仿生结构翼型在风洞试验中的外特性性能发现，仿生结构机翼升力较无仿生结构机翼升力增加8%并具有减阻效果。另一方面有效的增加了翼型的失速角。造价相对便宜、结构不复杂是仿生前缘凸起的优势。然而其是否会对翼型工作过程带来其它的负面影响还需进一步分析探讨。从仿生角度观察到的这种优良性能为翼型性能的改善提供了新思路，对风力机、船舵、机翼的设计过程中增大机械安全使用范围具有重要意义。图1-1座头鲸捕食可迅速回转图1-2鳍肢前缘凸起结构1.3国内外研究现状及分析翼型失速过程作为一种常见现象，在工程应用中及其常见。仿座头鲸鳍肢前缘凸起结构流动控制引起越来越广泛的关注，在很多领域有良好的应用前景，如风力机叶片[12,13]、船舵、飞行器翼面[14]等。为了更深入的掌握仿生凹凸前缘对翼型升阻力特性的影响，从而为翼段失速过程气动性能的优化设计及在未失速至失速过程能安全稳定运行提供指导。国内外研究人员已经作了大量工作，研究方法包含模?
tran[16]提出尾缘-前缘混合型失速翼型增减攻角失速过成流动结构变化情况，进而总结了迟滞效应发生的物理过程。在小攻角状态下，翼型上表面存在层流分离泡，在下游发生湍流再附着。随着攻角逐渐增大，尾缘的湍流分离区开始产生并逐渐向前缘移动，层流分离泡长度收缩，位置逐渐前移。当攻角增大到一定程度时，由于层流分离泡不足以提供湍流分离继续前移所需要的负压，层流分离泡发生“破裂”，进而发生深度失速，翼型从前缘开始整个吸力面均处于流动分离状态。2005年，李栋等[17,18]对不同类型翼型的失速特性进行研究，结果如图1-3、1-4和1-5所示。计算结果表明前缘失速翼型，随着攻角增加流动分离突然出现在翼型前缘并立即覆盖翼型的整个上表面；尾缘失速翼型的失速是由后缘分离引起的。随安放角度变大翼型尾缘产生分离区并向翼型前缘移动，失速后翼型的升力系数逐渐减小；薄翼失速翼型，当攻角逐渐增加首先在翼型上表面靠近前缘处会产生一个分离气泡，在此之前升力是线性增加的，气泡产生时升力出现微小非线性变化。2018年，蔡畅[19]对NACA634-021进行实验研究，发现其升力系数曲线以及失速过程流动现象符合尾缘-前缘混合型失速如图1-6。图1-3前缘失速[17]图1-4尾缘失速[17]
本文编号：3376466
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1座头鲸捕食可迅速回转
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-流器减弱边界层分离趋势的基本原理是降低叶片局部区域沿弦向的负压梯度[10]。前缘凸起结构是通过对海洋中座头鲸鳍肢仿生得到。在海洋中，鲸是海洋中大型生物之一，其身长从几米至几十米不等。相比于小型鱼类，由于其体型庞大更难完成转弯等运动。但是经过观察研究发现，座头鲸作为海洋中的庞然大物，却能在捕食时展现出优良的回转能力。如图1-1，在回转过程中其具有大展弦比的鳍肢起到了极大的作用，通过对鳍肢仔细的观察发现在鳍肢前段存在这无规则排列的凹凸型结构，如图1-2。对比其它海洋生物这是座头鲸独特的鳍肢结构，Fish等[11]深入研究了座头鲸鳍肢前缘凸起结构并从仿生学角度出发设计前缘具有凸起结构的机翼。对比该仿生结构翼型与无仿生结构翼型在风洞试验中的外特性性能发现，仿生结构机翼升力较无仿生结构机翼升力增加8%并具有减阻效果。另一方面有效的增加了翼型的失速角。造价相对便宜、结构不复杂是仿生前缘凸起的优势。然而其是否会对翼型工作过程带来其它的负面影响还需进一步分析探讨。从仿生角度观察到的这种优良性能为翼型性能的改善提供了新思路，对风力机、船舵、机翼的设计过程中增大机械安全使用范围具有重要意义。图1-1座头鲸捕食可迅速回转图1-2鳍肢前缘凸起结构1.3国内外研究现状及分析翼型失速过程作为一种常见现象，在工程应用中及其常见。仿座头鲸鳍肢前缘凸起结构流动控制引起越来越广泛的关注，在很多领域有良好的应用前景，如风力机叶片[12,13]、船舵、飞行器翼面[14]等。为了更深入的掌握仿生凹凸前缘对翼型升阻力特性的影响，从而为翼段失速过程气动性能的优化设计及在未失速至失速过程能安全稳定运行提供指导。国内外研究人员已经作了大量工作，研究方法包含模?
tran[16]提出尾缘-前缘混合型失速翼型增减攻角失速过成流动结构变化情况，进而总结了迟滞效应发生的物理过程。在小攻角状态下，翼型上表面存在层流分离泡，在下游发生湍流再附着。随着攻角逐渐增大，尾缘的湍流分离区开始产生并逐渐向前缘移动，层流分离泡长度收缩，位置逐渐前移。当攻角增大到一定程度时，由于层流分离泡不足以提供湍流分离继续前移所需要的负压，层流分离泡发生“破裂”，进而发生深度失速，翼型从前缘开始整个吸力面均处于流动分离状态。2005年，李栋等[17,18]对不同类型翼型的失速特性进行研究，结果如图1-3、1-4和1-5所示。计算结果表明前缘失速翼型，随着攻角增加流动分离突然出现在翼型前缘并立即覆盖翼型的整个上表面；尾缘失速翼型的失速是由后缘分离引起的。随安放角度变大翼型尾缘产生分离区并向翼型前缘移动，失速后翼型的升力系数逐渐减小；薄翼失速翼型，当攻角逐渐增加首先在翼型上表面靠近前缘处会产生一个分离气泡，在此之前升力是线性增加的，气泡产生时升力出现微小非线性变化。2018年，蔡畅[19]对NACA634-021进行实验研究，发现其升力系数曲线以及失速过程流动现象符合尾缘-前缘混合型失速如图1-6。图1-3前缘失速[17]图1-4尾缘失速[17]
本文编号：3376466
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3376466.html
