原文传递
非正弦运动下仿生扑翼推进性能研究
| 论文题名： | 非正弦运动下仿生扑翼推进性能研究 |
| 关键词： | 水下滑翔机;仿生扑翼;推进性能;非正弦运动;计算流体动力学 |
| 摘要： | 仿生扑翼推进性能是当前国内外航行器推进问题的研究热点，在新型空中和水下航行器领域都有着广泛关注度。为了探索不同运动形式下扑翼的推进性能，考虑目前少有研究的非正弦运动模式。本文以优化课题组自行设计研发的扑翼式混合推进水下滑翔机的驱动性能需求为出发点，利用基于CFD求解器的商业软件StarCCM+进行数值仿真计算。 本文由简入繁，基于重叠网格方法依次研究了非正弦纯升沉运动下单翼推进性能、非正弦复合运动下单翼推进性能、非正弦纯升沉运动下串列双翼推进性能、非正弦复合运动下串列双翼推进性能。主要的研究内容如下： (1)根据课题组的新型水下滑翔机的驱动性能研究需求，提出非正弦运动下标准翼型的单个或多个扑翼的二维模型。将不同网格密度和时间步长下的扑翼瞬时水动力进行比较之后，本文数值模型的收敛性得到验证。同时建立由非正弦系数决定的运动方程，其中运动形式包括扑翼扑动的升沉运动和绕扑翼旋转中心旋转的俯仰运动。 (2)通过改变代表扑翼运动频率的斯特劳哈尔数，设计不同工况，从水动力表现及推进表现分析单翼在非正弦纯升沉运动下的推进性能。研究发现，非正弦运动与正弦运动相比，会使水动力和攻角产生不规则变化，平均推力和功率也有增大，同时推进效率有降低。还观察了某个特定时刻扑翼表面及周围的涡流结构，发现不同非正弦振型产生的涡脱落模式不同。 (3)单翼运动由单自由度增加到二自由度，设计不同工况单翼扑动在非正弦复合运动下的受力情况，从水动力表现及推进表现分析推进性能。研究发现，增加自由度之后扑翼的水动力和攻角在非正弦振型的影响下加强了无系统的变化。与正弦运动相比，大部分非正弦复合运动的单翼所得的推力和功率增大，推进效率降低。可以观察到非正弦振型扑翼的涡流结构会随运动变化而变化涡脱落模式。 (4)通过改变串列双翼系统中的全局相位差，设计不同工况扑翼非正弦运动下的受力情况，分别分析非正弦纯升沉运动和非正弦复合运动下串列双翼的推进性能。研究表明，串列双翼的水动力大于同一工况下的单翼，且前后扑翼的最大推力不同，非正弦系数可能加强水动力不规则变化。同时，串列双翼的涡脱落模式、涡数量以及尾涡分裂现象均与非正弦振型息息相关。此外，前翼的推进表现会被前后翼间距影响，但影响不大。 |
| 作者： | 邓南彦 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 于鹏垚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
