發(fā)布時間：2017-09-23 04:08

  本文關(guān)鍵詞：蜻蜓褶皺翼氣動效能與應(yīng)力分析

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【摘要】：鑒于仿生學(xué)的飛速發(fā)展與微電子技術(shù)的日趨完善,微型撲翼飛行器的設(shè)計與制造也變得越來越成熟,其廣闊的軍事與民用用途也要求著微型撲翼飛行器的進(jìn)一步發(fā)展,然而不同于人類傳統(tǒng)的飛行器,這些飛行器尺寸較小,飛行速度相對較慢,空中飛行時的阻力就會大大增加,傳統(tǒng)的氣動布局與飛行方式并不適應(yīng)于此類飛行器,這就為微型飛行器的發(fā)展帶來很大的困難,因此要在當(dāng)前的技術(shù)下根據(jù)這些微小機(jī)器自身的特點設(shè)計出新型的并且適應(yīng)它們的飛行方式。本文將仿生學(xué)與流體力學(xué)結(jié)合,利用流體力學(xué)軟件Fluent對蜻蜓前翅翼的二維與三維褶皺翼型的流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬,并得出相應(yīng)結(jié)論,本文主要分為以下幾個部分:首先,結(jié)合仿生學(xué)中蜻蜓前翅翼的結(jié)構(gòu)與參數(shù)對蜻蜓前翅翼上沿展向五處截面翼型進(jìn)行模型構(gòu)建,分別設(shè)置0-25°不同的五種攻角,計算后得出相應(yīng)的升阻力系數(shù)圖,并求解出五種翼型的升阻比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在攻角25°內(nèi),翼型的升力與阻力均隨著攻角增大而增大,靠近身體部分的翼型在滑翔時會產(chǎn)生一個很小的負(fù)升力,從而保證翅膀的平直,不會產(chǎn)生翹曲。其次,在完成二維靜止翼型的計算后,選取氣動效能最好的褶皺翼型,嵌入動網(wǎng)格技術(shù),使褶皺翼型上下非對稱撲動,驗證UDF函數(shù)后,并且解釋單個撲動周期內(nèi)流場結(jié)構(gòu)的變化原因,同時在NACA翼型數(shù)據(jù)庫中選取結(jié)構(gòu)相似的光滑翼型,在同等條件下進(jìn)行相應(yīng)的對比模擬仿真,根據(jù)所得到的褶皺翼型與光滑翼型翼型的升阻力變化曲線得出的結(jié)論顯示:褶皺翼型在提升翅膀升力方面比光滑翼型效率更高。對比褶皺翼型2在不同振幅下的升阻力,結(jié)果發(fā)現(xiàn)蜻蜓最合適的撲動振幅為2—3cm。最后,對蜻蜓前翅翼進(jìn)行10處剖分,得到相應(yīng)的翼型數(shù)據(jù),并結(jié)合蜻蜓前翅翼的平面二維數(shù)據(jù)進(jìn)行三維翼型的構(gòu)建。第一步利用Fluent計算三維翼型的升阻力,之后通過有限元軟件ANSYS中Workbench模塊對三維翼型進(jìn)行計算,并得出相應(yīng)的位移圖、應(yīng)力與應(yīng)變圖,從結(jié)果出發(fā)分析蜻蜓翅翼上褶皺結(jié)構(gòu)對蜻蜓翅膀強(qiáng)度與韌性的提升。
【關(guān)鍵詞】：撲翼飛行器 蜻蜓前翅翼 褶皺翼型 動網(wǎng)格技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V211;TB17
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題的背景和意義9-11
• 1.1.1 課題的背景9-10
• 1.1.2 目的與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外撲翼飛行器的研究歷程11-14
• 1.2.1 國外撲翼MAV的研究11-13
• 1.2.2 國內(nèi)撲翼MAV的研究13-14
• 1.3 撲翼飛行器四種撲動機(jī)制簡介14-15
• 1.4 蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)分析15-16
• 1.5 研究的主要內(nèi)容16-18
• 第2章 FLUENT簡介與控制方程18-24
• 2.1 軟件簡介18-20
• 2.1.1 計算求解器—FLUENT簡介18-19
• 2.1.2 模型建立與網(wǎng)格劃分-GAMBIT簡介19-20
• 2.1.3 后處理軟件-Tecplot20
• 2.2 控制方程與無量綱化參數(shù)20-23
• 2.2.1 N-S方程20-22
• 2.2.2 兩個無量綱化參數(shù)處理22-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第3章 二維靜止褶皺翼型氣動效能分析24-33
• 3.1 翼型分析24-25
• 3.2 參數(shù)選擇25-26
• 3.3 FLUENT設(shè)定26-27
• 3.4 結(jié)果與分析27-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第4章 二維撲動褶皺翼型氣動效能分析33-49
• 4.1 撲動翼模型建立33
• 4.2 運(yùn)動方程33-35
• 4.3 邊界條件設(shè)定35
• 4.4 翼型對比35-36
• 4.5 計算網(wǎng)格劃分36-37
• 4.6 UDF程序驗證37-38
• 4.7 FLUENT計算參數(shù)與設(shè)定38-40
• 4.8 模擬計算40-44
• 4.9 結(jié)論對比與分析44-45
• 4.10 褶皺翼型升阻力與撲動振幅關(guān)系45-48
• 4.11 本章小結(jié)48-49
• 第5章 三維褶皺翼型應(yīng)力分析49-57
• 5.1 三維翼型升阻力計算49-51
• 5.1.1 三維翼型模型構(gòu)建49-51
• 5.1.2 計算結(jié)果與分析51
• 5.2 三維翼型的有限元應(yīng)力分析51-56
• 5.2.1 有限元模型與思路51-52
• 5.2.2 模型處理與計算52-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 第6章 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 結(jié)論57-58
• 6.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 碩士期間發(fā)表的論文及學(xué)術(shù)成果63-64
• 發(fā)表論文63
• 參加科研項目63-64
• 致謝64-65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 趙紅曉;仲政;;蜻蜓翅膀的力學(xué)研究進(jìn)展[J];力學(xué)季刊;2009年03期

2 劉明,曾理江;透射型激光三角法測量蜻蜓翅膀形狀[J];儀器儀表學(xué)報;2003年S1期

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本文編號：903101