面向主動流動控制的微致動器陣列與仿真分析.pdf

1、近年來，隨著材料、電子、微型器件等方面的研究進(jìn)展和三維非定常流動機(jī)理研究的深入，產(chǎn)生了將空氣動力學(xué)、材料和控制等多個學(xué)科綜合起來的先進(jìn)主動流動控制技術(shù)。該技術(shù)在飛行器減阻、增升、提高機(jī)動能力、降低噪聲輻射、控制分離和操縱微型飛行器等許多領(lǐng)域都存在著巨大的應(yīng)用潛力，已成為當(dāng)前流動控制研究的熱點(diǎn)，但研究成果不多，進(jìn)展緩慢。采用MEMS微致動器陣列進(jìn)行流動控制，卻開創(chuàng)了主動流動控制的一條新思路。 本文以MEMS微致動器陣列實(shí)現(xiàn)三角翼滾

2、轉(zhuǎn)控制為目標(biāo)，研究了微致動器進(jìn)行三角翼宏觀機(jī)動控制的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，對其進(jìn)行了有限元建模和CFD仿真分析，借此實(shí)現(xiàn)了微致動器幾何參數(shù)及其陣列排布的優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)以及相關(guān)仿真技術(shù)的有效性。結(jié)合空氣動力學(xué)中的壁面邊界層控制原理以及三角翼在中等攻角條件下的氣動特征，討論了微致動器陣列通過與三角翼前緣邊界層的耦合效應(yīng)和三角翼產(chǎn)生滾轉(zhuǎn)力矩的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，對微氣泡致動器的結(jié)構(gòu)尺寸和排布方式進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，得到了初始模型。根據(jù)微致動

3、器工作狀態(tài)下氣泡變形尺寸和形狀，利用計(jì)算流體力學(xué)軟件GAMBIT建立了微致動器陣列-三角翼系統(tǒng)的簡化實(shí)體模型。選用湍動能—耗散率湍流模型，運(yùn)用FLUENT軟件對致動器陣列作用下三角翼流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了在不同幾何尺寸不同排布方式的微致動器陣列的作用下三角翼滾轉(zhuǎn)力矩變化曲線。據(jù)此，得到了微致動器幾何參數(shù)及其陣列排布的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。最后，在低湍流風(fēng)洞進(jìn)行了微致動器-三角翼系統(tǒng)的吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了致動器陣列對三角翼繞流的操縱能力和控制方案