針對(duì)現(xiàn)有撲翼飛行器的控制方式僅為單自由度或雙自由度控制,空氣動(dòng)力學(xué)性能(以下簡(jiǎn)稱氣動(dòng)性能)差,無(wú)法實(shí)現(xiàn)真實(shí)模擬仿生運(yùn)動(dòng)撲翼的問(wèn)題,提出三維撲翼空氣動(dòng)力學(xué)性能的數(shù)值仿真研究。首先采用三維鳥(niǎo)翼外形模型,編寫撲動(dòng)角、扭轉(zhuǎn)角和平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的控制方程,將用戶自定義函數(shù)(UDF)耦合到Fluent求解器中,計(jì)算單自由度、兩自由度和三自由度下,撲翼的平均升力系數(shù)、阻力系數(shù)和渦量云圖,并將三種自由度撲翼數(shù)值結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。仿真結(jié)果表明,三自由度撲翼的升阻比較單自由度、雙自由度撲翼升阻比均有顯著提高,說(shuō)明采用三自由度似鳥(niǎo)撲翼飛行器具有更好的氣動(dòng)性能,可為仿生撲翼的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

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【部分圖文】：

圖1鳥(niǎo)形撲翼結(jié)構(gòu)模型

考慮到流動(dòng)的充分發(fā)展和計(jì)算的準(zhǔn)確性,計(jì)算區(qū)域大小為11L×35L×11L(如圖2所示),其中沿流動(dòng)方向上設(shè)定35倍的翼弦長(zhǎng)。網(wǎng)格劃分使用ICEMCFD軟件完成,采用三角形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來(lái)離散鳥(niǎo)翼模型及外計(jì)算域周圍的流場(chǎng)[12]。為了得到撲翼邊界的流場(chǎng)狀況,近壁面采用加密棱錐網(wǎng)格,第....

圖2撲翼的升阻力定義

針對(duì)本文撲翼模型,對(duì)單自由度,雙自由度和三自由度撲翼在相應(yīng)的周期中的升力系數(shù)、阻力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算(計(jì)算公式如式(7)和式(8)所示),得到升力和阻力系數(shù)隨時(shí)間變化的曲線如圖4、圖5所示。圖5撲翼阻力系數(shù)對(duì)比

圖3撲翼計(jì)算域

圖4撲翼升力系數(shù)對(duì)比從圖4、圖5可以看出,單自由度,雙自由度和三自由度的升力、阻力系數(shù)都是周期性循環(huán)變化。其中,單自由度撲翼穩(wěn)定狀態(tài)下,其升力系數(shù)為0.3,阻力系數(shù)為0.065,升阻比約為4.6;雙自由度撲翼穩(wěn)定狀態(tài)下,其升力系數(shù)為1.2,阻力系數(shù)為0.23,升阻比約為5.2;....

圖4撲翼升力系數(shù)對(duì)比

為了闡述不同自由度對(duì)撲翼氣動(dòng)特性的影響機(jī)制,分別取不同時(shí)刻單自由度、雙自由度和三自由度撲翼Fluent計(jì)算數(shù)據(jù)文件,導(dǎo)入到后處理軟件Tecplot進(jìn)行后處理,得到相應(yīng)的渦量云圖,如圖6所示。圖6的三個(gè)圖中左列為在t=0.25s,是撲翼的下?lián)錉顟B(tài),右列是t=0.75s時(shí)撲翼在相同位....

本文編號(hào)：3991080