蝴蝶模型非定常气动特性的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要蝴蝶能通过扑动双翅和身体的俯仰运动实现稳定的飞行。在教研室现有程序基础上，本文提出一种嵌套网格”挖洞”新算法，并采用该动态非结构嵌套网格方法对蝴蝶翼模型的低雷诺数流场进行数值模拟。对蝴蝶双翅扑动时流场的气动特性以及双翅之间的气流干扰问题进行初步的研究。数值模拟得到的蝴蝶周围的气流分布和动态涡表明:蝴蝶飞行时的举力主要在下扑阶段产生，前飞的推力主要由上扑时产生的气动力提供。蝴蝶翅在下扑中产生很大的瞬态阻力，其包含一个沿扑动方向的射流，产生此此射流的反作用力即翅膀扑动的阻力。蝴蝶

2、扑动时，两翅相互干扰，气动干扰研究表明，在双翅由“合拢”到“打开”这一过程中，双翅之间的气动干扰对增加气动力有明显的作用。为了进一步了解各项运动参数对蝴蝶飞行气动特性的影响，研究了气动力参数随运动参数的变化规律。最后对蝴蝶的飞行气动特性和其它昆虫飞行气动特性做个比较，以更好地了解蝴蝶所特有的飞行特点。关键词：嵌套网格，蝴蝶，扑动飞行，非定常，数值模拟，气动干扰；I蝴蝶模型的非定常气动特性研究AbstractButterfliesflystablybycyclicwingflappingandbodyfluc

3、tuation.Inthispaper,numericalsimulationsoflow-Reynolds-numberunsteadyflowscausedbyabutterflymodelareperformedbyusingadynamicunstructuredoversetmethod.Theaerodynamicsofthebutterflywingsisstudiedaswellasthewing-winginteraction.Theflowdistributionaroundthemod

4、elandthedynamicsofthevortexringsindicatethatliftismainlygeneratedduringthedownstrokeandthrustisproducedbytheupstroke.Duringthedownstroke,astrong‘vortexring’wasgenerated.The‘vortexring’containsajetparalledtowingflappingdirection,andthejetproducesalargeinsta

5、ntaneousdrag.Thenumericalresultsalsoshowthattheaerodynamicforcegenerationgreatlybenefitfromthewing-winginteractionduringthecourseofclappingandfling.Inordertoestimatetheinfluenceofthemotionparametersontheaerodynamicsofthebutterflymodel,thevariationsofaerody

6、namicsforcesasfunctionsofmotionsparametersarenumericallystudied.Also,acomparisonoftheaerodynamicsbetweenbutterflyandotherinsectsispresentedinthispapertobetterunderstandtheflightcharacteristicsofbutterflies.Keywords:butterfly,flappingwing,unsteady,numerical

7、simulation,aerodynamicinteraction;II南京航空航天大学硕士学位论文图、表清单图1.1微型飞行器.......................................................................................................................1图1.2升力和阻力随时间周期性变化的曲线。...................................................

8、......................3图1.3采用涡流法模拟昆虫振翅飞行所得到的升力和阻力随时间变化的曲线图.....................3图1.4昆虫翅的扑动..................................................................................................................4图1.