基于XFlow的半轉(zhuǎn)翼類昆蟲升力形成機制研究

發(fā)布時間：2020-08-15 21:00

【摘要】：基于半轉(zhuǎn)機構(gòu)的半轉(zhuǎn)翼通過連續(xù)不對稱轉(zhuǎn)動的翼片來模仿昆蟲飛行,能避免由自身往復擺動產(chǎn)生的慣性力,使半轉(zhuǎn)翼飛行器更有利于飛行。本文基于半轉(zhuǎn)翼前期研究的成果,結(jié)合昆蟲飛行機制分析半轉(zhuǎn)翼的升力形成機制,以期為飛行器的升力形成機理和升力提高途徑提供支持,對半轉(zhuǎn)機構(gòu)應用于飛行具有重要意義。首先,分析并總結(jié)了國內(nèi)外對昆蟲飛行機制的研究,介紹了半轉(zhuǎn)翼工作原理及其基本運動。在XFlow中建立半轉(zhuǎn)翼的流場分析模型,根據(jù)其運動規(guī)律表示出幾何體的運動方程并設定半轉(zhuǎn)翼流場分析模型的相關(guān)參數(shù),計算得到半轉(zhuǎn)翼單翼片在設定狀態(tài)下的升力變化規(guī)律及流場分布特點。通過確定升力及流場的后處理方法為半轉(zhuǎn)翼飛行升力形成機理提供了一個定性分析的基礎(chǔ)。其次,基于半轉(zhuǎn)翼單翼片的升力變化規(guī)律及流場分布特點對半轉(zhuǎn)翼升力形成機理進行了深入分析。獲得了翼片各展弦比及曲柄轉(zhuǎn)速下對半轉(zhuǎn)翼升力的影響,分析出影響升力的關(guān)鍵參數(shù)。通過對半轉(zhuǎn)翼片與對稱轉(zhuǎn)動翼片的比較,證明半轉(zhuǎn)翼因其不對稱轉(zhuǎn)動特性能有效產(chǎn)生升力。闡明翼片附近渦量、速度及壓力的分布對升力的影響,通過描述半轉(zhuǎn)翼產(chǎn)生升力的流場特征,闡釋出半轉(zhuǎn)翼升力形成及變化的原因,分析了半轉(zhuǎn)翼的類旋轉(zhuǎn)環(huán)流效應,初步揭示半轉(zhuǎn)翼升力形成的機理,為提高半轉(zhuǎn)翼升力指明了方向。再次,建立雙翼片半轉(zhuǎn)翼流場分析模型,比較了單雙翼片半轉(zhuǎn)翼的升力變化規(guī)律,同時分析了半轉(zhuǎn)翼懸停狀態(tài)下不同翼片間隙值時升力的變化規(guī)律,利用Matlab擬合出各間隙值下的升力并進行對比,得到翼片間隙值變化對半轉(zhuǎn)翼升力的影響。獲得有無添加中間框架時雙翼片流場中氣流的運動規(guī)律,并說明翼片附近速度及壓力的分布對半轉(zhuǎn)翼升力的影響。比較半轉(zhuǎn)翼懸停飛行升力機制與韋斯—福效應的異同,有助于進一步認識半轉(zhuǎn)翼懸停飛行升力機制。最后,圍繞前進狀態(tài)下半轉(zhuǎn)翼樣機模型的升力形成機理展開研究。得到樣機在初始零迎角狀態(tài)下不同曲柄轉(zhuǎn)速及來流速度,以及初始非零迎角狀態(tài)下不同初始迎角時的升力變化規(guī)律。分析出繞翼片的前緣渦,翼面上的展向流以及脫落尾渦的運動規(guī)律,并比較了半轉(zhuǎn)翼前進飛行升力機制與昆蟲延遲失速效應及尾渦捕獲效應的異同。
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V211.41
【圖文】：

失速,風洞實驗,升力,中都