自然界中的昆蟲和鳥類大都采用拍翼飛行的策略,其優(yōu)越的氣動表現(xiàn)使拍動飛行方式備受關(guān)注.值得注意的是,拍動飛行昆蟲和鳥類在實現(xiàn)高機動性的同時,產(chǎn)生的噪音并不十分顯著.因此,對拍翼飛行的流固聲耦合問題進行研究,揭示其飛行動力學和聲學特性,對于應(yīng)用這類飛行技術(shù)具有重要的指導意義.文章采用一種浸入邊界法對拍翼懸停時的流固聲耦合問題進行數(shù)值模擬研究.具體針對剛性拍翼和不同剛度、質(zhì)量比的柔性拍翼進行了數(shù)值模擬,分析了拍翼剛度和質(zhì)量比對拍翼懸停時的升力和聲學特性的影響.結(jié)果表明拍翼的轉(zhuǎn)動能有效增加升力,提高效率并降低拍翼運動產(chǎn)生的聲音;同時懸停拍翼的近場聲受渦的影響明顯,尤其是在較大的轉(zhuǎn)動角度時;引入適當?shù)膹椥钥捎行岣吲囊碓趹彝r的氣動表現(xiàn),包括提高升力系數(shù)和效率;綜合考慮氣動和聲學表現(xiàn),可以看出當無量綱拍動頻率在0.3～0.4時,低質(zhì)量的拍翼（拍翼-流體質(zhì)量比為1.0）產(chǎn)生的聲音較小,同時又具備較高的效率. 

【文章來源】：氣體物理. 2020,5(04)

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

拍翼拍動過程的示意圖[4,12]

為提高計算效率, 流場采用拉伸網(wǎng)格, 如圖2所示. 計算尺寸為125L×125L, 包含1個均勻網(wǎng)格區(qū)(總尺寸為4L×3L, 網(wǎng)格尺寸為L/40)用于流固耦合計算.該算法已經(jīng)過大量的驗證, 包括圓柱擾流問題, 絲線流固耦合問題, 激波作用下的彈性板變形問題以及微型無人飛行器的流固聲耦合問題. 具體內(nèi)容可參考文獻[12,18,26], 這里不再對該算法進行驗證.

表1給出了拍翼在不同轉(zhuǎn)動幅值時的平均升力系數(shù), 動力系數(shù)和效率. 結(jié)果顯示, 隨著αm的增大, 平均升力系數(shù)逐漸增大, 平均動力系數(shù)先減小后增大, 因此效率先增大后減小, 在αm= π/6時取得最大值, 這與文獻[1]中前飛拍翼的結(jié)果一致. 綜合圖4中的聲壓結(jié)果可以看出, 當αm= π/3時拍翼效率最高且產(chǎn)生的噪音最小.圖5 剛性拍翼的瞬時波動壓力云圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]浸入邊界法及其在可壓縮流動中的應(yīng)用和進展[J]. 王力,田方寶.  中國科學:物理學 力學 天文學. 2018(09)



本文編號：3472624