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涡流场中仿生摆动翼的水动力性能研究
| 论文题名： | 涡流场中仿生摆动翼的水动力性能研究 |
| 关键词： | 涡流场;仿生摆动翼;水动力性能;数值计算;CFD方法 |
| 摘要： | 自然界水域中,各种生物运动和障碍物会使水中分布大量的漩涡。在这种复杂的涡流场中,鱼类生物游动时具有高机动性、高效率、低噪声等良好的推进性能。对于鱼类运动的水动力学研究,有助于开发研制新型仿生推进器,对国防军事,环境保护和经济发展都有重要意义。 本文以鱼类鲹科游动方式结合月牙形尾鳍推进方式为基础,使用二维摆动机翼作为研究模型,采用CFD方法对卡门涡街和反卡门涡街流场中摆动翼的水动力性能进行数值计算,给出流场中涡与摆动翼尾涡的相互作用关系。 通过对定常流场中摆动翼的运动进行数值模拟,本文研究了各控制参数的变化对摆动翼水动力性能的影响。结果表明,摆动翼运动过程中产生的首缘涡被甩出后在流场中形成反卡门涡街形式的尾涡,而且首缘涡有利于摆动翼产生较高的推力。同时St数在论文中被认为是反映摆动翼推进性能的一个重要参数,在本文所研究的参数范围内,当摆动翼的St数为0.25~0.4,俯仰运动摆幅?0为30°~35°,升沉运动和俯仰运动之间相位差?为90°左右时,摆动翼可以获得良好的推进性能。本文定常流场中摆动翼的最高推进效率可达0.65。 对于涡流场中摆动翼水动力性能的研究,本文重点研究了流场中的卡门涡街和反卡门涡街对摆动翼推进性能的影响。研究结果表明,流场中的卡门涡街相比于反卡门涡街更有利于改善摆动翼的推进性能。本文得出摆动翼在流场中卡门涡街的影响下,推进效率最高可达到92.5％,摆动翼的推力系数最高可提高到原来的2.2倍;而在流场中反卡门涡街影响下,摆动翼的最大推进效率为52.8%,最大推力系数可提高50%。 在涡街流场中,涡与摆动翼尾涡相互作用关系有三种相互作用模式:涡融合模式、涡配对模式、涡耗散模式。在涡融合模式下,摆动翼尾涡和同向的流场中漩涡在摆动翼尾部区域进行融合,形成一个强度增大的涡,对提高摆动翼推进效率有利;在涡耗散模式下,摆动翼的运动对流场中涡街起破坏削弱的作用,导致摆动翼消耗更多的能量,不利于提高摆动翼的推进效率。 |
| 作者： | 朱庆飞 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 于凯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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