渦流場中仿生擺動翼的水動力性能研究.pdf

1、自然界水域中,各種生物運(yùn)動和障礙物會使水中分布大量的漩渦。在這種復(fù)雜的渦流場中,魚類生物游動時(shí)具有高機(jī)動性、高效率、低噪聲等良好的推進(jìn)性能。對于魚類運(yùn)動的水動力學(xué)研究,有助于開發(fā)研制新型仿生推進(jìn)器,對國防軍事,環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有重要意義。
　　本文以魚類鲹科游動方式結(jié)合月牙形尾鰭推進(jìn)方式為基礎(chǔ),使用二維擺動機(jī)翼作為研究模型,采用CFD方法對卡門渦街和反卡門渦街流場中擺動翼的水動力性能進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,給出流場中渦與擺動翼尾渦的相互

2、作用關(guān)系。
　　通過對定常流場中擺動翼的運(yùn)動進(jìn)行數(shù)值模擬,本文研究了各控制參數(shù)的變化對擺動翼水動力性能的影響。結(jié)果表明,擺動翼運(yùn)動過程中產(chǎn)生的首緣渦被甩出后在流場中形成反卡門渦街形式的尾渦,而且首緣渦有利于擺動翼產(chǎn)生較高的推力。同時(shí)St數(shù)在論文中被認(rèn)為是反映擺動翼推進(jìn)性能的一個(gè)重要參數(shù),在本文所研究的參數(shù)范圍內(nèi),當(dāng)擺動翼的St數(shù)為0.25~0.4,俯仰運(yùn)動擺幅?0為30°~35°,升沉運(yùn)動和俯仰運(yùn)動之間相位差?為90°左右時(shí),擺動

3、翼可以獲得良好的推進(jìn)性能。本文定常流場中擺動翼的最高推進(jìn)效率可達(dá)0.65。
　　對于渦流場中擺動翼水動力性能的研究,本文重點(diǎn)研究了流場中的卡門渦街和反卡門渦街對擺動翼推進(jìn)性能的影響。研究結(jié)果表明,流場中的卡門渦街相比于反卡門渦街更有利于改善擺動翼的推進(jìn)性能。本文得出擺動翼在流場中卡門渦街的影響下,推進(jìn)效率最高可達(dá)到92.5％,擺動翼的推力系數(shù)最高可提高到原來的2.2倍;而在流場中反卡門渦街影響下,擺動翼的最大推進(jìn)效率為52.8%,