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,魚類生物游動時具有高機動性、高效率、低噪聲等良好的推進性能。對于魚類運動的水動力學(xué)研究,有助于開發(fā)研制新型仿生推進器,對國防軍事,環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展都有重要意義。
　　本文以魚類鲹科游動方式結(jié)合月牙形尾鰭推進方式為基礎(chǔ),使用二維擺動機翼作為研究模型,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行數(shù)值計算,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動進行數(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St數(shù)在論文中被認(rèn)為是反映擺動翼推進性能的一個重要參數(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,俯仰運動擺幅?0為30°~35°,升沉運動和俯仰運動之間相位差?為90°左右時,擺動

3、翼可以獲得良好的推進性能。本文定常流場中擺動翼的最高推進效率可達0.65。
　　對于渦流場中擺動翼水動力性能的研究,本文重點研究了流場中的卡門渦街和反卡門渦街對擺動翼推進性能的影響。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性能。本文得出擺動翼在流場中卡門渦街的影響下,推進效率最高可達到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,擺動翼的最大推進效率為52.8%,