蜻蜓柔性褶皺前翅氣動(dòng)效能數(shù)值分析.pdf

1、學(xué)校代碼：學(xué)校代碼：10406分類號(hào)分類號(hào)：V211.3學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)：150608250101南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)位研究生）（學(xué)位研究生）蜻蜓蜻蜓柔性柔性褶皺褶皺前翅氣動(dòng)前翅氣動(dòng)效能效能數(shù)值分析數(shù)值分析碩士研究生研究生：劉惠祥導(dǎo)師：何國毅副教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)科、專業(yè)：業(yè)：飛行器設(shè)計(jì)所在單位：飛行器工程學(xué)院答辯日期：期：2012018年6月授予學(xué)位單位授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)I摘要摘要微型撲翼飛行器（F

2、lappingMicroAerialVehicle，F(xiàn)MAV）在軍事和民用領(lǐng)域的廣闊用途，驅(qū)動(dòng)著FMAV的研制與發(fā)展。隨著微電子技術(shù)、材料科學(xué)和仿生學(xué)的日趨成熟，F(xiàn)MAV的設(shè)計(jì)與制造發(fā)展迅速，但與傳統(tǒng)飛行器完全不同的飛行方式，使FMAV的發(fā)展遇到瓶頸。蜻蜓通過其翅膀的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和材料等多個(gè)因素的相互耦合作用，展現(xiàn)出卓越的飛行能力，為FMAV的設(shè)計(jì)與制造提供了天然的生物模本，然而蜻蜓飛行時(shí)的雷諾數(shù)低，飛行方式靈活多變，蜻蜓翅膀的尺寸微小，

3、使蜻蜓的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究存在一定的限制，通過數(shù)值模擬的方法計(jì)算蜻蜓滑翔和撲翼前飛兩種常見飛行模式下的氣動(dòng)效能成為可行的方式。為揭示蜻蜓滑翔時(shí)氣動(dòng)載荷對(duì)前翅的影響，選取蜻蜓前翅沿展向五個(gè)不同位置的橫截面并建立與之相對(duì)應(yīng)的二維褶皺翼型，基于計(jì)算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamic，CFD）計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)（ComputationalStructuralDynamic，CSD）的耦合方法數(shù)值模擬了蜻蜓滑翔時(shí)二維褶皺翼型的流固耦

4、合問題，結(jié)果顯示褶皺的變形和應(yīng)力小，且越靠近蜻蜓翅尖位置的褶皺變形和應(yīng)力越小，越靠近蜻蜓軀干位置的褶皺變形和應(yīng)力越大，褶皺結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)型改變了前翅的應(yīng)力分布，使其載荷分布更加合理。為探究蜻蜓前翅的褶皺結(jié)構(gòu)和柔性對(duì)其氣動(dòng)效能的影響，依據(jù)蜻蜓前翅已有的測(cè)量數(shù)據(jù)和研究成果，利用三維建模軟件CATIA基于逆向工程設(shè)計(jì)建立了蜻蜓三維褶皺前翅CFD和CSD模型，采用數(shù)值模擬的方法計(jì)算了蜻蜓滑翔飛行和撲翼前飛兩種飛行模式下的氣動(dòng)效能，并基于CFDCS

5、D的耦合方法數(shù)值模擬了蜻蜓滑翔時(shí)三維褶皺前翅的流固耦合問題。結(jié)果表明，褶皺結(jié)構(gòu)上下表面凹槽內(nèi)被駐留渦填充，且下表面凹槽內(nèi)存在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦，此反向流動(dòng)降低了蜻蜓前翅的摩擦阻力。褶皺誘導(dǎo)出的前緣渦，改善了蜻蜓前翅的氣動(dòng)效能，蜻蜓撲翼前飛時(shí)，前緣渦在翅膀下?lián)]過程中持續(xù)附著在其前緣，維持了蜻蜓前翅的高升力。在蜻蜓滑翔過程中，柔性褶皺前翅在受氣動(dòng)載荷后，僅產(chǎn)生彎曲變形而沒有扭轉(zhuǎn)變形，氣動(dòng)響應(yīng)時(shí)間短，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。與剛性褶皺前翅相比，柔性改