低马赫数、低雷诺数翼型非定常流数值模拟

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1、西北工业大学硕士学位论文低马赫数、低雷诺数翼型非定常流数值模拟姓名：谢飞申请学位级别：硕士专业：流体力学指导教师：叶正寅20030101西北丁业大学砸士论文摘要本文以小型昆虫翼面运动的模拟为出发点，作为研究的第一步，将翼面运动的研究简化成翼型的沉浮和俯仰两种运动的耦合，然后利用N．s方程去求解这种扑动翼型的流场。由于在流场求解的过程当中，随着翼型的扑动，每一步都需要生成新的网格，为了提高网格生成速度，我们采用效率较高的代数插值方法。另外．我们求解的是极低马赫数下的流场(M<0．05)，极低的马赫数会导致

2、可压流动方程十分僵硬而难以收敛，对此，我们对N．S方程进行了矩阵预处理。在方程求解方面，采用了有限体积方法，采用Runge-Kutta方法对方程进行双时间推进。为了加快解的收敛速度，采用了当地时间步长以及隐式残值光顺等技术。本文对在低马赫数下绕NACA0012翼型和NACA4412翼型的定常流场进行了求解，结果和实验基本吻合，并对非定常运动情况进行了初步模拟研究，得出了一些有意义的结果。2两-]LZ业大学顺}论文AbstractThispaperstartsfromthemotionofinsects．

3、Wesimplifythemotionofinsectsintoakindofcombinationofplungingandpitching，andthenuseN·Sequationtosolvetheflowaroundtheairfoil．Ineverytime—marchingstep，wemtlstregeneratethemesh．Inordertoimprovetheefficiencyofthemeshgeneration，weemploythetransfiniteinterpola

4、tionmethod，Inlowspeedflow(M

5、odwiththedualtimemarchingwasalsousedhere．Inordertoacceleratetheconvergencespeed，weemploythelocaltimestep，andimplicitresidualsmoothingmethods．Finally,werisethismethodtogetthesteadysolutionoftheflowaroundNACA0012andNACA4412airfoilatverylowspeedandsomebasic

6、unsteadysolution．K吖word：preconditioning，Runge-Kutta，plungingandpitching，lowspeedflowlocaltimestep两北_[业大学顺J-论文§1．1现状及发展目标第一章前言微型飞机是当前国内外很重视的一个研究领域。由于电子监控及检测传感设备的小型化．使得整个的装载质量可低于189，微型飞行器愈来愈受到人们的关注。所谓微型飞行器(microairvehicles)，是指小的，能够遥控飞行的飞行器，以用于近距离侦察或监视。它应该易

7、于控制，便于操纵，并且能携带大量的传感器及监视仪。微型飞行器设计的当前目标是：最大尺度是大约15cm，质量小于909，自动或半自动控制，飞行范围是lOkrn，巡航时间是30rain，装载能力达到189，预期的巡航速度是每小时15--80km，因而实际的雷诺数范围是50，000--250，000。除了作为一个小型的运输设各，微型飞行器还有诸多优点，包括：迅速反应能力，实时数据跟踪，小的雷达监测面，低噪音。制造费用的低廉也是一个优点。目前感兴趣的固定翼微型飞行器拥有监控，检测，对话及自动传感装置。监控装置包

8、括：视频，敌方的红外图像，市区地形。由于应用了很小的传感器，检测能力覆盖到生物细胞．化学元素，核物质(放射能)等方面。微型飞行器发展的长期目标是：质量小于309，翼展大约8cm，巡航时间是20--30min，速度是每小时30--65km。此时似乎扑翼飞机比固定翼飞机更有优势。其中一个优点即是不需用额外的尺寸及重量以产生升力和推进力。另外，它在飞行方式上更灵活，在气动效率上具有更大的发展潜力。对昆虫及鸟类飞行性能的关注主要集中在其翼的气动性能