昆蟲(chóng)懸停飛行的升力產(chǎn)生機(jī)理和能耗研究.pdf_第1頁(yè)
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1、昆蟲(chóng)懸停飛行的非定常空氣動(dòng)力學(xué)研究是昆蟲(chóng)飛行研究的重要組成部分,主要解決驅(qū)動(dòng)昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)和控制運(yùn)動(dòng)的氣動(dòng)力和力矩是如何產(chǎn)生以及產(chǎn)生這些力所需的能耗問(wèn)題。該問(wèn)題的研究對(duì)昆蟲(chóng)飛行生理學(xué)及昆蟲(chóng)仿生學(xué)具有重要的意義。本文發(fā)展了基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積ALE求解器,對(duì)二維剛性單翼懸停飛行和雙翼打開(kāi)-合攏運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,開(kāi)展了升力產(chǎn)生機(jī)制和能耗問(wèn)題的研究。
  本文發(fā)展的有限體積ALE求解器基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,采用人工壓縮方法和隱式迭代法求解不可壓

2、縮粘性流體控制方程。在雙時(shí)間步算法中,采用五階龍格-庫(kù)塔對(duì)偽時(shí)間步進(jìn)行迭代,直到得到收斂解。采用ALE技術(shù)處理動(dòng)網(wǎng)格問(wèn)題,在保持網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的前提下,利用網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)函數(shù)(冪指數(shù)函數(shù))控制內(nèi)部網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)。提出兩種網(wǎng)格修正方式,以處理打開(kāi)-合攏運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的網(wǎng)格變形問(wèn)題。采用局部時(shí)間步進(jìn)和隱式殘差光順技術(shù)加速偽時(shí)間收斂到穩(wěn)定狀態(tài)。
  以二維振蕩圓柱擾流問(wèn)題對(duì)ALE模型進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)流場(chǎng)、渦量和壓力等的定性對(duì)比分析和流向力、阻力系數(shù)和

3、附加質(zhì)量系數(shù)的定量對(duì)比分析,本文ALE模型得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好,能夠很好的處理網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。
  對(duì)二維剛性翼懸停飛行進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示延遲脫落機(jī)制和尾渦捕獲機(jī)制促進(jìn)升力的產(chǎn)生,前者是升力產(chǎn)生的主要原因。誘導(dǎo)噴射機(jī)制和翻轉(zhuǎn)效應(yīng)機(jī)制抑制升力的產(chǎn)生。當(dāng)旋轉(zhuǎn)幅值為45°時(shí),升力與能耗的比值最大,即消耗相同的能量產(chǎn)生的升力最大。
  對(duì)昆蟲(chóng)飛行的打開(kāi)-合攏機(jī)制進(jìn)行了研究。尾渦捕獲機(jī)制和延遲脫落機(jī)制是打開(kāi)-合攏運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生升

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