二维振动机翼的流场测量及数值分析

摘要

涡控制在流体推动动力学中是一个活跃的研究课题.在该文中我们研究了涡控制在振动二维机翼涡流场中的推力机理.我们的研究动机来源于鱼类和鸟类由于在长期的大自然进化过程中惊人的推进和机动能力,而它们完成这些功能主要依靠尾鳍的摆动和翅膀的拍打.该文工作主要包括了三个方面的内容:Ⅰ.通过氢气泡显示方法,系统地研究二维振动机翼在不同Strouhal数Sta(0.0375~0.175),Stc(0.5~2.5)下简谐正弦振动的涡流场结构.Ⅱ.采用FlUENT软件计算研究二维振动机翼的流场结构并与实验对比,证实FLUENT计算的可靠性,并量化分析了二维振动机翼的受力及其推动效率,对二维机翼的受力进行详细分析.Ⅲ.设计一个二分量半导体应变片测力天平对二维振动机翼进行力学测量,并与FlUENT计算结果进行比较.该论文得到以下主要的结论:流动显示实验发现,机翼作纯沉浮和纯转动时运动时,机翼的前缘涡与后缘涡分别存在三种运动模态,而作沉浮和俯仰联合运动时,后缘总是逆Karmen涡街,而前缘涡受到多种因素影响,情况比较复杂.数值计算结果表明,翼型壁面网格节点的疏密对流场精细结构的模拟起着关键的作用.天平测力数据说明机翼作纯俯仰运动并且αm小于或等于20°时,不管尾迹是Karmen涡街还是逆Karmen涡街,机翼都受到阻力.

目录

文摘

英文文摘

第一章：振动翼推进机理的研究背景和历史

第二章实验设备及测试系统

§2.1水洞介绍

§2.2流体显示方法

§2.3运动机构及其运动控制方法

§2.4测力天平装置

第三章FLUENT软件的应用

§3.1 FLUENT计算软件介绍

§3.2 FLUENT之UDF实现运动边界控制

§3.3二维振动翼计算网格生成及参数设定

§3.4计算模型求解参数设定

第四章二维机翼非定常运动实验现象分析

§4.1二维振动翼纯沉浮运动

§4.2二维振动翼纯俯仰运动

§4.3二维振动翼沉浮俯仰联合运动

§4.4机翼俯仰运动测力实验

第五章工作总结以及研究展望

参考文献

研究生期间发表的相关论文

致谢