本文關(guān)鍵詞：低雷諾數(shù)下柔性膜撲翼氣動(dòng)特性的流固耦合分析

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【摘要】：昆蟲翼的柔性具有控制其氣動(dòng)力的作用，翅膀在空氣中拍動(dòng)時(shí)，受到翅膀表面的空氣動(dòng)力和翼的質(zhì)量引起的慣性力的聯(lián)合作用而發(fā)生柔性變形。昆蟲翼柔性變形自然會(huì)引起周圍流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化，從而影響到翼表面的空氣壓力的大小和分布，即改變了作用在翼上的氣動(dòng)力或力矩，由此昆蟲能夠簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整。 為研究柔性翼的氣動(dòng)彈性變形對(duì)撲翼氣動(dòng)性能的影響，本文從Peter等人的非定常流的氣動(dòng)載荷理論和有限元固體分析角度出發(fā)，利用Matlab編程建立了適合于求解柔性膜撲翼氣動(dòng)性能的流固耦合整體法求解程序，，并進(jìn)行了算例驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，分析了剛性和柔性蜻蜓模型翼前飛時(shí)動(dòng)態(tài)變形的瞬時(shí)、時(shí)均氣動(dòng)響應(yīng)；分析了不同材料屬性、運(yùn)動(dòng)模型（撲動(dòng)平面角、撲動(dòng)頻率和前飛速度）對(duì)模型翼氣動(dòng)性能的影響，并比較了兩種不同模型翼的性能。 主要研究結(jié)果如下： 1）柔性翼的動(dòng)態(tài)變形能產(chǎn)生顯著地非定常氣動(dòng)效應(yīng)，尤其是對(duì)下?lián)溥^(guò)程中對(duì)升力系數(shù)和推力系數(shù)的峰值影響較大。柔性翼的翼稍部位后緣變形較大，主要產(chǎn)生推力，翼根變形較小，主要產(chǎn)生升力。相比與剛性翼，柔性提高了撲翼的升力、推力系數(shù)，有利于改善撲翼的氣動(dòng)性能。 2）前緣梁及框架對(duì)氣動(dòng)性能的影響作用較薄膜大，說(shuō)明模型翼的動(dòng)態(tài)變形主要由剛度較大的前緣梁和翅脈起決定性作用，且氣動(dòng)性能對(duì)前緣梁和翅脈的厚度變化較寬度的變化敏感，三種不同材料（鋁合金、鈦合金、碳纖維）的前緣梁和框架對(duì)氣動(dòng)性能的影響作用主要表現(xiàn)在推力上，鋁合金材料的模型翼較碳纖維材料的模型翼的推力系數(shù)略大，而柔性處于第二的鈦合金具有最大的推力系數(shù)。 3）撲動(dòng)平面角在一定范圍內(nèi)增大可以提升推力、升力系數(shù)以及升阻比；撲動(dòng)頻率有助于推力系數(shù)的提高但對(duì)升力貢獻(xiàn)不大；時(shí)均升力系數(shù)和推力系數(shù)隨前飛速度增大而減��；兩種不同的模型翼表現(xiàn)出了顯著的氣動(dòng)性能差異，證實(shí)了柔性產(chǎn)生的粘彈性變形對(duì)撲翼非定常氣動(dòng)特性的重要性，同時(shí)也為合理的設(shè)計(jì)撲翼結(jié)構(gòu)模型和模型材料選擇提供參考和依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V211.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1225563