基于拍动翼型气动力特性的数值模拟研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870118-S011学科分类号：080103硕士学位论文基于拍动翼型气动力特性的数值模拟研究研究生姓名杨淑超学科、专业流体力学研究方向计算流体力学指导教师吴杰教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringNumericalInvestigationofAerodynamicCharacteristicsBasedontheFlappingAir

2、foilAThesisinFluidMechanicsbyYangShuchaoAdvisedbyProf.WuJieSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部

3、或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文采用浸入边界-格子玻尔兹曼法研究运动轨迹和地面效应对拍动翼气动特性的影响。受小型生物和微型飞行器的启发，本文对NACA0012翼型在较低雷诺数和较小振动频率范围内进行调查。所有模拟情况的升降幅度固定为翼型的一倍弦长c。（1）首先，翼型执行升降与俯仰相结合的传统运动。通过大量的模拟，得到适用于推力和效率研究的俯仰振幅与旋转轴位置的最佳组合：分别是θoom=30和xp=c/4及θm=45和xp=c/2

4、。之后，在传统运动中加入水平方向的冲击运动，翼型的运动轨迹通过相对冲击频率k，冲击幅度lm和俯仰与冲击运动的相位差φ进行改变。与传统运动相比，本文发现八字形轨迹对平均推力Ct,mean及推力效率ηt起到提升作用。且当k为奇数时，伴随特殊的φ值，平均升力Cl,mean也能得到提升。另外，加入冲击运动能使翼型后缘出现多涡现象并发生漩涡捕捉，这对翼型气动特性的提升是有帮助的。（2）在探索地面效应对翼型气动特性的影响时，翼型只执行传统运动，且俯仰振幅与旋转轴位置的组合固定为θm=30o和xp=c/4。本文对一定范围内的地面与翼型平均高度hw进行调查。与自由来流中的结果相比，地面效

5、应下的翼型气动特性在大多数情况下都得到不同程度的提升。与hw≥1.2c的结果相比，翼型在hw=1.1c处的Ct,mean及ηt都得到了显著提升，而Cl,mean却变为负值。对于hw=1.1c的特殊情况，本文引入非正弦参数SS来改变上下行程的升降速度，从而使升力特性发生变化。研究发现，当SS略微小于0.5时，Ct,mean和ηt只出现轻微下降，但Cl,mean却由负值变成正值，这说明SS能改变翼型的气动特性。关键词：浸入边界-格子玻尔兹曼法，运动轨迹，多涡现象，地面效应，非正弦运动I基于拍动翼型气动力特性的数值模拟研究ABSTRACTInthiswork,theimmers

6、edboundary-latticeBoltzmannmethodisadoptedtostudytheinfluenceofthemotiontrajectoryandgroundeffectontheaerodynamiccharacteristicsofaflappingairfoil.InspiredbysmallcreaturesandflappingMAVs,theinvestigationisconductedforNACA0012airfoilatlowReynoldsandsmallrangeofoscillationfrequency.Theplung

7、ingamplitudeofallsimulationsisfixedatachordlengthofairfoilc.(1)First,theairfoilsynchronouslyperformsplungingandpitchingmotions,namedasthetraditionalmotion.Throughagreatnumberofsimulations,theoptimalcombinationsofpitchingamplitudeandrotationaxislocationwhichcorrespon