基于FLUENT的仿生扑翼机翅翼气动力分析

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1、2015年8月机床与液压Aug．2015第43卷第15期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．43No．15DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2015．15．041基于FLUENT的仿生扑翼机翅翼气动力分析杨永刚，谢友增(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要：在仿生扑翼机的设计当中，仿生翅翼的气动力具有十分重要的意义。但由于与微型仿生扑翼飞行相关的低雷诺数空气动力学研究还处于初级阶段，对仿生翅翼气动力研究还没有成熟的理论和可借鉴的经验，因此，应用计算流体动力学

2、软件Fluent求解N—S方程，分析扑动规律和周围气流环境对仿生扑翼机气动性能的影响。研究结果表明在对称扑翼机构驱动下仿生翅翼可以产生较大升力，升力和阻力随扑动频率和来流速度的增加而增加，但阻力增加幅度相对较小，这为仿生扑翼机的研制提供理论依据。关键词：仿生扑翼机；Fluent；升力系数；阻力系数中图分类号：TH16文献标志码：A文章编号：1001-3881(2015)15-163-3AerodynamicForceAnalysisonWingofBionicFlapping—wingRobotBasedon

3、FluentYANGYonggang，XIEYouzeng(SchoolofAeronauticsEngineering，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)Abstract：Theaerodynamicforceofbionicwinghasveryimportantsignificanceinthedesignofbionicflapping—wingrobot．Be—causetheresearchofrelevantmicro--aer

4、odynamicswithlowRenauknumberofflyingbythemicro·-bionicflapping·wingrobotisstillinitsprimarystage．therearenomaturetheoryandexperienceofreferenceforthestudyofaerodynamicforceofbionicwing．Soacompu—tationalfluiddynamicssoftware，namedFluentwasemployedtOsolveN-Sf

5、unction，bywhichinfluenceonaerodynamicperformanceofthebionicflapping-wingrobotcausedbyflappingmodeandenvironmentalairflowwasanalyzed．Theresultsofthisstudyshowthatbion—icwingcangetbigliftforcedrivenbysymmetricalflappingwingmechanism，andtheliftanddragforcesare

6、increasedbyincreasingtheflappingfrequencyandinletflowvelocity．Howeverthedragforceincreasingrangeisrelativelysmall，whichprovidetheoreticalba—sisfortheresearchandmanufactureofbionicflapping—wingrobot．Keywords：Bionicflapping-wingrobot；Fluent；Liftcoefficient；Dr

7、agcoefficient0前言过实验得出昆虫是依靠延后失速、旋转循环与尾流捕微扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新概获的共同作用来产生高升力的结论。然而，实验往往念飞行器。与传统的固定翼和旋翼飞行器相比，微扑受到模型尺寸、经费投入、人力和物力的巨大耗费的翼飞行器的主要特点是将举升、悬停和推进功能集于限制，有时可能通过实验的方法得不到结果。一个扑翼系统，具有较强的机动性。扑翼飞行是几由于近年来计算流体力学(CFD)的飞速发展，乎所有自然界飞行生物普遍采用的飞行方式，鉴于仿数值模拟成为了流体力学研究的另一重要

8、手段。数值生扑翼机所具有的独特优势，使之成为微型飞行器发模拟可以形象地再现流动情景，克服了实验研究的一展的主要方向。些缺点。根据计算流体力学的基本思想运用Fluent软与固定翼与旋翼飞行器相比，仿生扑翼机的气动件，对前期设计的仿生扑翼机翅翼进行气动力分析，力研究还处于初始阶段，由于仿生扑翼机具有很低的求解在翅翼拍动作用下的绕流空气的流场特性，分析雷诺数，在这种状态下，不能用稳态空气动力学来解扑动频率