為提高翼型氣動性能,提出一種仿生翅片翼型.以NACA0018為例,在翼型吸力面布置固定仿生翅片翼,分析翅片翼的相對位置、相對長度結(jié)構(gòu)參數(shù)及兩者綜合效應(yīng)對仿生翅片翼改變翼型氣動特性的能力的影響,并從流場角度分析仿生翅片翼的作用機理.數(shù)值計算結(jié)果表明:以翅片翼的最佳控制效果作為衡量標(biāo)準(zhǔn),靠近前緣處翅片翼對大分離流動效果顯著,靠近尾緣的翅片翼對于中度的流動分離效果較好;相對長度與翅片翼氣動性能呈非線性關(guān)系,且長度過短時無法對分離層產(chǎn)生有效分割,過長時影響分離層上方的流體.當(dāng)翅片翼末端剛好接觸分離層的邊緣時,控制效果最佳;仿生翅片翼的氣動性能是由翅片翼的相對位置、相對長度共同決定的,單變量的研究難以準(zhǔn)確地解釋其中的規(guī)律. 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2019,51(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

實物模型Fig．1Physicalmodel

膀?qū)α鲃臃蛛x的控制，建立翅片翼模型，改變結(jié)構(gòu)參數(shù)并進(jìn)行氣動特性分析．1翼型模型及數(shù)值計算1．1仿生翅片翼型模型建立在自然界中鳥類飛行時，在遇到俯沖或是陣風(fēng)等不同況導(dǎo)致翅膀表面的流體發(fā)生分離時，表面小的覆羽張開以應(yīng)對流動分離的發(fā)展及惡劣影響．基于此，本文設(shè)計出應(yīng)用于風(fēng)力機的一種仿生翅片翼，如圖1所示．圖1實物模型Fig．1Physicalmodel以NACA0018翼型為基礎(chǔ)翼型，弦長C=0．25m，在距翼型前緣點d/c倍弦長處的吸力面布置長為l/c倍弦長的固定仿生翅片翼，如圖2所示．其中仿生翅片翼抬起角度θ．!"#$%#$$圖2仿生翅片翼計算模型Fig．2Amodelofbionicfin-wingcalculation1．2計算方法采用計算流體力學(xué)軟件ANASYSFluent17．0計算翼型所受氣動力及周圍流場，采用壓力與速度耦合的方法求解N－S流動控制方程．基于渦粘性假設(shè)，采用SSTk－ω湍流模型求解湍流附加應(yīng)力．圖3為計算域結(jié)構(gòu)與邊界條件．計算域包含兩部分:內(nèi)部近場區(qū)與外部遠(yuǎn)場區(qū)．內(nèi)部區(qū)域為半徑c的圓，遠(yuǎn)場邊界同樣為圓形，距翼型30倍弦長．選擇雷諾數(shù)為3×105，對應(yīng)來流速度為17．5m/s，介質(zhì)為不可壓縮空氣，邊界條件分別為速度入口、壓力出口，出口相對壓力為0Pa、翼型表面為無滑移壁面、內(nèi)部流場和外流場通過Interface進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞．采用基于壓力的隱式耦合求解器、Coupled算法，各物理量選擇二階離散．!!""#$!#"#$"%&’()*+,*-’&+./&00/&(1+’&+圖3計算域及邊界條件Fig．3Computationaldomainandboundaryconditions圖4為計算域網(wǎng)格．遠(yuǎn)場區(qū)為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，近場?

錟Ｐ?Fig．1Physicalmodel以NACA0018翼型為基礎(chǔ)翼型，弦長C=0．25m，在距翼型前緣點d/c倍弦長處的吸力面布置長為l/c倍弦長的固定仿生翅片翼，如圖2所示．其中仿生翅片翼抬起角度θ．!"#$%#$$圖2仿生翅片翼計算模型Fig．2Amodelofbionicfin-wingcalculation1．2計算方法采用計算流體力學(xué)軟件ANASYSFluent17．0計算翼型所受氣動力及周圍流場，采用壓力與速度耦合的方法求解N－S流動控制方程．基于渦粘性假設(shè)，采用SSTk－ω湍流模型求解湍流附加應(yīng)力．圖3為計算域結(jié)構(gòu)與邊界條件．計算域包含兩部分:內(nèi)部近場區(qū)與外部遠(yuǎn)場區(qū)．內(nèi)部區(qū)域為半徑c的圓，遠(yuǎn)場邊界同樣為圓形，距翼型30倍弦長．選擇雷諾數(shù)為3×105，對應(yīng)來流速度為17．5m/s，介質(zhì)為不可壓縮空氣，邊界條件分別為速度入口、壓力出口，出口相對壓力為0Pa、翼型表面為無滑移壁面、內(nèi)部流場和外流場通過Interface進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞．采用基于壓力的隱式耦合求解器、Coupled算法，各物理量選擇二階離散．!!""#$!#"#$"%&’()*+,*-’&+./&00/&(1+’&+圖3計算域及邊界條件Fig．3Computationaldomainandboundaryconditions圖4為計算域網(wǎng)格．遠(yuǎn)場區(qū)為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，近場區(qū)為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格．所有流體域全部采用ICEM劃分的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格．整體流域的網(wǎng)格數(shù)約120000，為便于湍流模型捕捉邊界層流動，翼型表面第一層網(wǎng)格高度設(shè)為0．00001m，對應(yīng)y+值約為1．(a)外流域網(wǎng)格(b)翼型周圍網(wǎng)格(c)翅片翼周圍網(wǎng)格圖4計算域網(wǎng)格Fig．4Themeshincomputationaldomain2適應(yīng)性驗證2．1網(wǎng)格無關(guān)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鯊魚盾鱗肋條結(jié)構(gòu)的減阻仿生研究進(jìn)展[J]. 劉博,姜鵬,李旭朝,桂泰江,田黎,秦松.  材料導(dǎo)報. 2008(07)

博士論文
[1]長耳鸮翅膀氣動與聲學(xué)特性及其仿生應(yīng)用研究[D]. 廖庚華.吉林大學(xué) 2013

碩士論文
[1]鋸齒尾緣葉片空氣動力特性的數(shù)值模擬研究[D]. 張學(xué)迅.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2013



本文編號：3429411