振動翼能量采集與推進性能研究.pdf

1、振動翼裝置源于仿生，其運行軌跡為垂蕩與轉(zhuǎn)動結(jié)合的二自由度運動。依據(jù)機翼與來流的相對速度及形成的攻角關(guān)系，振動翼能從來流中采集能量，即能量采集模式;振動翼也可以像鳥翼或者魚尾一般產(chǎn)生推力，即推進模式。振動翼在風(fēng)能、潮流能利用與水下航行器推進領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。結(jié)合當(dāng)前的研究進展，本論文針對單個翼的能量采集、串列翼的能量采集與串列翼的推進性能及渦干擾機理進行研究。
　　首先建立了分析機翼非定常水動力的邊界元法(BEM)與粘性CFD

2、模型，并驗證了它們的有效性。對比已有的幾種振動翼樣機設(shè)計的優(yōu)缺點，提出了一種合理的全被動式振動翼發(fā)電裝置。試制原理樣機并在循環(huán)水槽進行實驗。實驗樣機機械損耗較低，實現(xiàn)了較高的能量捕獲效率。同時進行的CFD數(shù)值模擬分析了振動翼能量采集過程中的流場，數(shù)值結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合良好。通過數(shù)值模擬進一步分析了不同轉(zhuǎn)角幅值與斯特羅哈數(shù)等參數(shù)對單個翼裝置的能量采集性能影響，分析了機翼振蕩運動渦流場變化及對應(yīng)的機翼瞬時受力特性，研究單翼能量采集效率的力學(xué)

3、機理，發(fā)現(xiàn)提出的振動翼裝置在轉(zhuǎn)角幅值700時能量采集效率可達32％。對比分析CFD與BEM模型計算結(jié)果的差異，發(fā)現(xiàn)差異的主要原因在高St時是流體的粘性作用，在低St時在于首緣渦分離。
　　串列雙翼的能量采集與推進性能主要考慮上游翼瀉出渦與后方翼的渦干擾研究。論文引入全局相位參數(shù)ψ來系統(tǒng)描述串列機翼的相對位置關(guān)系。對于給定的運動頻率與幅值，全局相位參數(shù)ψ取決于垂蕩運動相位差與水平間距。論文基于數(shù)值模擬分析了串列雙翼的能量采集與推進性