错列布置下两摆动机翼推进性能的研究

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1、硕士学位论文错列布置下两摆动机翼推进性能的研究THRUSTENHANCEMENTFORTWOSTAGGEREDPITCHINGAIRFOILS宋建浩哈尔滨工业大学2016年12月国内图书分类号：O35学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工学硕士学位论文错列布置下两摆动机翼推进性能的研究硕士研究生：宋建浩导师：AlamMd.Mahbub教授申请学位：工学硕士学科：动力工程及工程热物理所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O35U.D.C:530Dissertat

2、ionfortheMasterDegreeinEngineeringTHRUSTENHANCEMENTFORTWOSTAGGEREDPITCHINGAIRFOILSCandidate:SongJianhaoSupervisor:Prof.AlamMd.MahbubAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeinEngineeringSpecialty:PowerEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2016Degree

3、-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要鸟类、鱼类和一些昆虫经常使用其身体或者翅膀摆动来获得运动中的推进力。当它们在成群的移动时，它们可以利用流体动力学/空气动力学优点以节省能量。通过对生物系统的研究，人类可以得到一些新的发明的想法。对此类生物运动原理的研究对于开发仿生学推进装置有重要的意义。本文主要研究了错列布置下的两个摆动机翼的推进性能，其中上游机翼为受迫摆动，下游机翼为自由摆动。当摆动频率和振幅固定为St=0.25和AD=0.6675-5时，η/η0在J=6.54×10

4、时取得最大值3.6（此时相应的m为11.3）。本文研究了摆动频率(St/St0=1.30~2.05)和振幅(AD=0.55~0.80)对于推进性能的影响。对于上游受迫摆动机翼或者单个受迫摆动机翼，随着摆动频率和振幅的增加，需要输入更多的能量。在相同的摆动频率和振幅下，两个机翼系统中上游机翼的输入功率比单个机翼时增加10~24%。在较低的摆动频率和振幅下，对于单一受迫摆动机翼，流向方向的力为阻力。随着频率和振幅的增加，阻力转变为推进力并逐渐增大。对于两机翼系统，上游受迫摆动的机翼在更小的频率和振幅下即完成阻力对推进力的转化。两机翼系统中上游机翼推

5、进性能在较高频率和振幅时得到较大的提升。下游机翼的推进力相对上游机翼较小。推进性能主要有机翼所处的压力梯度有关。在上游机翼低频低振幅和高频低振幅的摆动条件下，下游机翼流向力为阻力。在特定的摆动频率下，下游机翼的推进力随着振幅的增大呈现先增大再减小的趋势。在St/St0=1.93，AD=0.65时获得下游机翼的最大推力系数。双机翼系统的最大推力系数在St/St0=2.05，AD=0.75取得。单个受迫摆动机翼的推力效率显示出清晰的阻力区域。而对于两个机翼系统阻力区域得到了极大的减小。单个机翼推进效率最大为9%，两个机翼系统的最优推进效率为18%，

6、此时St/St0=1.80，AD=0.75。关键词：错列布置；推进性能；摆动频率；振幅IAbstractABSTRACTBirds,fishandmanykindofinsectsusetheirflappingwingsorbodiestogeneratepropulsiveforcesintheirmotion.Theymaytakehydrodynamic/aerodynamicadvantagestosaveenergywhentheymoveinagroupofmembers.Bystudyingoptimalsolutionsinn

7、ature,humancangetinspirationfornewinventionsanddesigns.Betterunderstandingofthemotionprincipleofbiologicalspecieswillpromotethestudyofman-mademachinessuchasaircraftsandmarinevessels.Thrustenhancementofthetwopitchingairfoilinstaggeredarrangementisinvestigated,wheretheupstream

8、airfoilisforcedpitchinganddownstreamisfreetopitch.Whenthefrequencyandamplit