渦流場(chǎng)中仿生擺動(dòng)翼的水動(dòng)力性能研究.pdf

1、自然界水域中,各種生物運(yùn)動(dòng)和障礙物會(huì)使水中分布大量的漩渦。在這種復(fù)雜的渦流場(chǎng)中,魚類生物游動(dòng)時(shí)具有高機(jī)動(dòng)性、高效率、低噪聲等良好的推進(jìn)性能。對(duì)于魚類運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力學(xué)研究,有助于開發(fā)研制新型仿生推進(jìn)器,對(duì)國(guó)防軍事,環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有重要意義。
　　本文以魚類鲹科游動(dòng)方式結(jié)合月牙形尾鰭推進(jìn)方式為基礎(chǔ),使用二維擺動(dòng)機(jī)翼作為研究模型,采用CFD方法對(duì)卡門渦街和反卡門渦街流場(chǎng)中擺動(dòng)翼的水動(dòng)力性能進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,給出流場(chǎng)中渦與擺動(dòng)翼尾渦的相互

2、作用關(guān)系。
　　通過(guò)對(duì)定常流場(chǎng)中擺動(dòng)翼的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,本文研究了各控制參數(shù)的變化對(duì)擺動(dòng)翼水動(dòng)力性能的影響。結(jié)果表明,擺動(dòng)翼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的首緣渦被甩出后在流場(chǎng)中形成反卡門渦街形式的尾渦,而且首緣渦有利于擺動(dòng)翼產(chǎn)生較高的推力。同時(shí)St數(shù)在論文中被認(rèn)為是反映擺動(dòng)翼推進(jìn)性能的一個(gè)重要參數(shù),在本文所研究的參數(shù)范圍內(nèi),當(dāng)擺動(dòng)翼的St數(shù)為0.25~0.4,俯仰運(yùn)動(dòng)擺幅?0為30°~35°,升沉運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)之間相位差?為90°左右時(shí),擺動(dòng)

3、翼可以獲得良好的推進(jìn)性能。本文定常流場(chǎng)中擺動(dòng)翼的最高推進(jìn)效率可達(dá)0.65。
　　對(duì)于渦流場(chǎng)中擺動(dòng)翼水動(dòng)力性能的研究,本文重點(diǎn)研究了流場(chǎng)中的卡門渦街和反卡門渦街對(duì)擺動(dòng)翼推進(jìn)性能的影響。研究結(jié)果表明,流場(chǎng)中的卡門渦街相比于反卡門渦街更有利于改善擺動(dòng)翼的推進(jìn)性能。本文得出擺動(dòng)翼在流場(chǎng)中卡門渦街的影響下,推進(jìn)效率最高可達(dá)到92.5％,擺動(dòng)翼的推力系數(shù)最高可提高到原來(lái)的2.2倍;而在流場(chǎng)中反卡門渦街影響下,擺動(dòng)翼的最大推進(jìn)效率為52.8%,