因為蝠鲼在運動時具有低噪聲,機(jī)動性能好等優(yōu)點,以蝠鲼作為仿生對象,結(jié)合動態(tài)網(wǎng)格技術(shù),通過對仿生蝠鲼的外形輪廓中某一截面進(jìn)行流體動力分析,研究該截面輪廓在大變形情況下,不同頻率、不同波長對周圍流場特性的影響。仿真計算結(jié)果表明,在波長一定時,隨著頻率的升高,升力系數(shù)波動幅度變大,推力增大。在頻率一定時,隨著波長的增加,升力系數(shù)波動幅度變大,推力也增大。 

【文章來源】：數(shù)字海洋與水下攻防. 2020,3(03)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

4時渦量云圖隨波長的變化情況Fig.14Variationofvorticitycloudpatternwithwavelengthatfrequency4

第3期邢城，等：仿蝠鲼柔性潛水器翼型流場性能分析·267·圖5NACA0012的翼型曲線/mmFig.5AirfoilcurveofNACA0012/mm由于通過觀察發(fā)現(xiàn)蝠鲼的翼在擺動時與三角函數(shù)的波形近似，因此在幅值函數(shù)基礎(chǔ)上引入正弦函數(shù)參量�？紤]到變形是在翼型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此確定最終的運動方程為203(,)0.5(0.226490.294460.32656)sin(2π2π)yxtyxxxxft（3）式中：y0為在初始狀態(tài)時翼型的初始縱坐標(biāo)值；為波長（1、1.2、1.4、1.6、1.8）；f為頻率（1、1.5、2、2.5、3、3.5、4）；t為時間（0~15s）。根據(jù)得到的翼型波動方程，考慮到本文中翼型圖6柔性翼振幅幅值曲線/mmFig.6Amplitudecurveofflexiblewing/mm的變形比較大，運動規(guī)律也較復(fù)雜，利用動網(wǎng)格技術(shù)，采用彈性光順與局部重構(gòu)相結(jié)合的方案實現(xiàn)計算區(qū)域網(wǎng)格的更新。如圖7所示為一個周期內(nèi)不同時刻翼型運動與網(wǎng)絡(luò)更新情況。左側(cè)邊界條件設(shè)置為速度入口，速度大小為1m/s，方向沿x軸正方向。右側(cè)邊界條件設(shè)定為自由出口，上下邊界設(shè)定為滑移壁面。設(shè)定翼型壁面為無滑移壁面。采用有限體積法的離散方式，基于壓力的一階瞬態(tài)求解器，標(biāo)準(zhǔn)k模型。設(shè)定時間步長為0.001s，待流場穩(wěn)定后，對計算結(jié)果進(jìn)行分析。圖7一個周期內(nèi)不同時刻翼型運動情況Fig.7Motionofairfoilwithdifferenttimeinonecycle2仿蝠鲼潛水器二維翼型流場性能計算結(jié)果分析如圖8所示，柔性翼的運動在尾部產(chǎn)生了反卡門渦街。渦由柔性翼的前緣產(chǎn)生，隨著柔性翼的運動沿著柔性翼表面向后移動，并最終隨著柔性翼的周期性擺動從柔性翼的尾端脫落，渦脫離后的旋轉(zhuǎn)方向與渦脫離柔性翼時翼梢的運動方向有關(guān)。

·268·數(shù)字海洋與水下攻防第3卷圖8柔性翼尾部渦量圖Fig.8Vorticitydiagramofflexiblewingtail2.1頻率對流場特性的影響擺動頻率是柔性翼運動時的一個關(guān)鍵參數(shù)，對運動過程中的流體動力特性的影響非常顯著，取波長為1的情況為例，研究當(dāng)擺動頻率不同時，柔性翼的升力系數(shù)，阻力系數(shù)的變化規(guī)律。如圖9所示，升力系數(shù)隨著時間呈現(xiàn)周期性變化，變化周期與柔性翼運動的周期相同，通過對比不同頻率的升力系數(shù)的變化范圍可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波長一定時，擺動頻率越大，柔性翼的升力系數(shù)幅值變化范圍越大。升力系數(shù)的波形呈正弦形式，這是因為采用計算的翼型為NACA0012翼型，上下對稱，在不考慮重力條件下，可以使得柔性翼在運動時的升力系數(shù)能夠保證在一個穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)均勻波動。從圖10可知阻力系數(shù)的變化也是具有周期性的，阻力系數(shù)的變化周期與柔性翼擺動的周期是對應(yīng)的，當(dāng)波長一定時，阻力系數(shù)的變化幅值隨擺動頻率的增大而增大。圖中的阻力系數(shù)小于0，表明柔性翼在擺動時所受到的力是延x軸負(fù)方向，即推力。這是因為柔性翼在運動時產(chǎn)生了反卡門渦街，使得柔性翼后方的流場速度加快，為柔性翼提供了向前的推力。圖9波長為1時，升力系數(shù)隨頻率的變化規(guī)律Fig.9Variationruleofliftcoefficientwithfrequencyat1wavelength圖10波長為1時，阻力系數(shù)隨頻率的變化規(guī)律Fig.10Variationruleofresistancecoefficientwithfrequencyat1wavelength

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]牛鼻鲼泳動動力學(xué)分析與仿生機(jī)器魚研究[D]. 楊少波.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于浸入邊界法的“C”型魚自主游動的數(shù)值模擬[D]. 郝棟偉.昆明理工大學(xué) 2013



本文編號：3321935