蜻蜓柔性褶皺前翅氣動效能數(shù)值分析.pdf

1、學校代碼：學校代碼：10406分類號分類號：V211.3學號學號：150608250101南昌航空大學南昌航空大學碩士學位論文（學位研究生）（學位研究生）蜻蜓蜻蜓柔性柔性褶皺褶皺前翅氣動前翅氣動效能效能數(shù)值分析數(shù)值分析碩士研究生研究生：劉惠祥導師：何國毅副教授申請學位級別申請學位級別：碩士學科、專業(yè)：業(yè)：飛行器設計所在單位：飛行器工程學院答辯日期：期：2012018年6月授予學位單位授予學位單位：南昌航空大學I摘要摘要微型撲翼飛行器（F

2、lappingMicroAerialVehicle，F(xiàn)MAV）在軍事和民用領域的廣闊用途，驅(qū)動著FMAV的研制與發(fā)展。隨著微電子技術(shù)、材料科學和仿生學的日趨成熟，F(xiàn)MAV的設計與制造發(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)和材料等多個因素的相互耦合作用，展現(xiàn)出卓越的飛行能力，為FMAV的設計與制造提供了天然的生物模本，然而蜻蜓飛行時的雷諾數(shù)低，飛行方式靈活多變，蜻蜓翅膀的尺寸微小，

3、使蜻蜓的風洞實驗研究存在一定的限制，通過數(shù)值模擬的方法計算蜻蜓滑翔和撲翼前飛兩種常見飛行模式下的氣動效能成為可行的方式。為揭示蜻蜓滑翔時氣動載荷對前翅的影響，選取蜻蜓前翅沿展向五個不同位置的橫截面并建立與之相對應的二維褶皺翼型，基于計算流體力學（ComputationalFluidDynamic，CFD）計算結(jié)構(gòu)力學（ComputationalStructuralDynamic，CSD）的耦合方法數(shù)值模擬了蜻蜓滑翔時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力小，且越靠近蜻蜓翅尖位置的褶皺變形和應力越小，越靠近蜻蜓軀干位置的褶皺變形和應力越大，褶皺結(jié)構(gòu)的不同構(gòu)型改變了前翅的應力分布，使其載荷分布更加合理。為探究蜻蜓前翅的褶皺結(jié)構(gòu)和柔性對其氣動效能的影響，依據(jù)蜻蜓前翅已有的測量數(shù)據(jù)和研究成果，利用三維建模軟件CATIA基于逆向工程設計建立了蜻蜓三維褶皺前翅CFD和CSD模型，采用數(shù)值模擬的方法計算了蜻蜓滑翔飛行和撲翼前飛兩種飛行模式下的氣動效能，并基于CFDCS

5、D的耦合方法數(shù)值模擬了蜻蜓滑翔時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)存在逆時針旋轉(zhuǎn)的渦，此反向流動降低了蜻蜓前翅的摩擦阻力。褶皺誘導出的前緣渦，改善了蜻蜓前翅的氣動效能，蜻蜓撲翼前飛時，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載荷后，僅產(chǎn)生彎曲變形而沒有扭轉(zhuǎn)變形，氣動響應時間短，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。與剛性褶皺前翅相比，柔性改