昆蟲懸停飛行的升力產生機理和能耗研究.pdf

1、昆蟲懸停飛行的非定常空氣動力學研究是昆蟲飛行研究的重要組成部分，主要解決驅動昆蟲運動和控制運動的氣動力和力矩是如何產生以及產生這些力所需的能耗問題。該問題的研究對昆蟲飛行生理學及昆蟲仿生學具有重要的意義。本文發(fā)展了基于非結構網(wǎng)格有限體積ALE求解器，對二維剛性單翼懸停飛行和雙翼打開-合攏運動進行了數(shù)值模擬，開展了升力產生機制和能耗問題的研究。
　　本文發(fā)展的有限體積ALE求解器基于非結構網(wǎng)格，采用人工壓縮方法和隱式迭代法求解不可壓

2、縮粘性流體控制方程。在雙時間步算法中，采用五階龍格-庫塔對偽時間步進行迭代，直到得到收斂解。采用ALE技術處理動網(wǎng)格問題，在保持網(wǎng)格拓撲結構不變的前提下，利用網(wǎng)格運動函數(shù)（冪指數(shù)函數(shù)）控制內部網(wǎng)格運動。提出兩種網(wǎng)格修正方式，以處理打開-合攏運動過程中的網(wǎng)格變形問題。采用局部時間步進和隱式殘差光順技術加速偽時間收斂到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　以二維振蕩圓柱擾流問題對ALE模型進行驗證。通過對流場、渦量和壓力等的定性對比分析和流向力、阻力系數(shù)和

3、附加質量系數(shù)的定量對比分析，本文ALE模型得到的計算結果與實驗結果符合較好，能夠很好的處理網(wǎng)格運動問題。
　　對二維剛性翼懸停飛行進行了研究，結果顯示延遲脫落機制和尾渦捕獲機制促進升力的產生，前者是升力產生的主要原因。誘導噴射機制和翻轉效應機制抑制升力的產生。當旋轉幅值為45°時，升力與能耗的比值最大，即消耗相同的能量產生的升力最大。
　　對昆蟲飛行的打開-合攏機制進行了研究。尾渦捕獲機制和延遲脫落機制是打開-合攏運動產生升