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基于FLUENT的翅翼运动升力系数的研究

作　者: 朱洪波
导　师: 谢进
学　校: 西南交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 微扑翼飞行器 Fluent 升力系数混沌运动 Weis-Fogh机制
分类号: V212
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 125次
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内容摘要

仿生扑翼飞行机器人的研究是当今微型飞行器研究中的一个热点问题。翅翼在空气中拍动时的气动力特性研究是仿生翅翼机构研究的重点,如何获得更加有效的升力和升力系数是微扑翼飞行器设计的关键问题。本文在现有研究成果的基础上,主要利用计算流体力学软件Fluent对翅翼拍动过程中的气动力特性进行分析计算。本文重点研究了翅翼的运动规律、运动参数的变化以及混沌运动对升力系数的影响。本文的研究表明以曲柄摇杆机构作为翅翼机构的翅翼运动可以产生比按照正弦运动规律或匀速运动规律拍动时获得更大的升力系数；随着拍动频率的增加或拍动幅值的增加,平均升力系数也会随之增大,但增大到某一值之后,拍动频率和拍动幅值的变化对升力系数的影响将会减小。合拢分开机制(Weis-Fogh机制)是昆虫飞行中应用的主要机制,在微扑翼飞行器的研究中具有重要地位。本文的研究结果表明：Weis-Fogh机制可以提供更大的升力系数。在此机制中,两翅张开过程角速度的增大,则会使升力系数增大；而随着张开角幅度的增大,升力系数先是增大,在张开角幅度到达60°左右以后,则会快速减小有研究表明翅翼机构在某些特定的情况下会进入混沌运动状态。本文采用在翅翼原先的运动基础上加上一个具有混沌特征的微小扰动的方法,研究了翅翼的混沌运动对升力系数的影响。研究表明混沌运动会使升力系数减小,并且随着混沌扰动幅值的增加(即混沌运动的剧烈程度的增加),将使升力系数产生更为明显的减小。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第1章绪论  10-19
  1.1 微型扑翼飞行器的研究意义  10-11
  1.2 昆虫和鸟类飞行机理及其空气动力学研究现状  11-17
    1.2.1 国内外研究现状  12-14
    1.2.2 昆虫高升力研究成果  14-17
  1.3 本文的主要内容  17-19
第2章 Fluent软件与混沌基本理论  19-34
  2.1 引言  19
  2.2 流场的数学描述与求解方法  19-21
    2.2.1 流场控制方程  19-20
    2.2.2 流场控制方程的数值求解方法  20
    2.2.3 有限体积法  20-21
  2.3 Fluent软件简介  21-29
    2.3.1 计算区域的离散与网格划分  22-24
    2.3.2 动网格  24
    2.3.3 湍流模型  24-25
    2.3.4 边界条件  25
    2.3.5 SIMPLE算法  25-29
  2.4 混沌运动基本理论  29-33
    2.4.1 混沌定义及其特征  29-30
    2.4.2 混沌动力系统Logistic映射的分析  30-33
  2.5 本章小结  33-34
第3章仿生翅翼在不同拍动方式下的升力系数  34-43
  3.1 引言  34
  3.2 曲柄摇杆翅翼机构翅翼模型及其运动分析  34-36
    3.2.1 曲柄摇杆翅翼机构翅翼模型  34-35
    3.2.2 曲柄摇杆翅翼机构运动分析  35-36
  3.3 翅翼拍动时二维绕流控制方程  36-37
  3.4 翅翼拍打过程中升力及升力系数的确定  37-41
    3.4.1 网格的生成及动网格设置  37-38
    3.4.2 拍动过程中升力和升力系数  38-41
  3.5 与其他拍打运动模式升力系数的比较  41-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章运动参数及混沌运动对曲柄摇杆翅翼机构升力系数的影响  43-52
  4.1 引言  43
  4.2 运动参数变化对升力系数的影响  43-45
    4.2.1 拍动频率对升力系数的影响  43-44
    4.2.2 拍动幅度对升力系数的影响  44-45
  4.3 混沌运动对升力系数的影响  45-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章 Weis-Fogh机制中升力系数的研究  52-62
  5.1 引言  52
  5.2 用Fluent对Weis-Fogh机制的仿真  52-57
  5.3 张开角速度及幅度对Weis-Fogh机制的升力系数影响  57-58
  5.4 混沌运动对Weis-Fogh机制的升力系数影响  58-61
  5.5 本章小结  61-62
结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  68

基于FLUENT的翅翼运动升力系数的研究

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