蜻蜓悬停飞行的高升力产生机制探究

发布时间：2024-01-09 18:56

　　自然界存在的飞行方式长期以来一直是人类设计飞行器的灵感来源。随着研制微型飞行器热潮的不断兴起,人们对昆虫的扑翼飞行越来越感兴趣。研究昆虫的气动力特性对生物进化过程的揭示和飞行器的设计有重要意义。本文采用课题组自主开发的ALE程序与商业软件CFX相结合的CFD数值模拟方法,分析蜻蜓悬停飞行时三维刚性翼的气动性能和能耗问题。计算结果表明,在一个完整的拍动周期内,维持悬停飞行的升力在下冲程较大,在上冲程较小。在下冲程期间,一个新的涡环完成了从形成、发展到脱落的整个过程,而在上冲程期间,几乎不产生新的涡。因此认为,下冲程期间新涡环的形成和发展是升力产生的主要原因,上冲程期间脱落的涡环停留在翅膀下方,对翅膀的影响较小。二维翼与三维翼的区别在于,三维翼的流场结构沿翼展方向是不断变化的。涡环、压力、流场流速均沿翼展方向逐渐增大,且前缘涡沿翼展方向脱落的越来越早。通过对翻转起始时间的研究,得到一种可能产生大升力的拍动方式。保持平动的运动方式不变,令冲程翻转开始的时间分别提前或延后一个运动周期的2%、4%、6%和8%,通过计算其垂直力系数、推力系数和功率系数,分析流场结构的变化,阐述冲程翻转开始的时间对...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 昆虫飞行的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 问题的提出
    1.4 本文主要研究内容
2 昆虫飞行的理论基础
    2.1 昆虫翅的几何构造
    2.2 昆虫悬停飞行的拍动方式
    2.3 控制方程
    2.4 离散方法
    2.5 气动参数
3 CFD数值模拟方法的验证
    3.1 蜻蜓后翅的简化几何模型
    3.2 模型网格划分
    3.3 蜻蜓后翅的简化拍动方式
    3.4 CFX求解器设置
    3.5 计算结果与分析
        3.5.1 网格收敛性验证
        3.5.2 结果对比
        3.5.3 升力产生机制
        3.5.4 流场结构沿翼展方向的变化
    3.6 本章小结
4 提前翻转对气动特性的影响
    4.1 拍动方式
    4.2 计算模型
    4.3 结果与分析
        4.3.1 提前翻转模式对气动参数的影响
        4.3.2 提前翻转模式对升力产生机制的影响
        4.3.3 提前翻转模式对流场的影响
    4.4 本章小结
5 延后翻转对气动特性的影响
    5.1 拍动方式
    5.2 计算模型
    5.3 结果与分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3877735