针对低雷诺数微型飞行器的气动布局,设计出类似雨燕翅膀的一组具有不同前缘钝度的中等后掠(Λ=50°)仿生三角翼.为了定量对比研究三角翼后缘收缩产生的气动效应,设计了一组具有同等后掠的普通三角翼.为了深入研究仿生三角翼布局的前缘涡演化特性以及总体气动特性,采用数值模拟方法详细地探索了低雷诺数(Re=1.58×104)流动条件下前缘涡涡流结构和气动力随迎角的变化规律.分析结果表明,前缘钝度和后缘收缩对仿生三角翼前缘涡的涡流强度和涡破裂位置有显著影响.相对于钝前缘来说,尖前缘使仿生三角翼上下表面的压力差增大,涡流强度也更大,增升作用也更显著.相对于普通三角翼构型,仿生三角翼的前缘斜切使其阻力更大,但后缘的收缩使涡破裂位置固定在此位置,因此整个上翼面保持低压,总的升力更大.由于小迎角时升力增大更明显,因此仿生三角翼的

为了研究悬停状态下扑翼飞行的运动参数对其所产生的非定常气动力影响,本文通过数值模拟方法模拟了不同拍动迎角条件下以提前翻转模式往复拍动二维平板的流场演化特性。通过比较不同迎角算例的瞬时与平均气动力,得到了不同迎角下的气动力变化规律。在拍动迎角增加的过程中,总共有四个因素受到迎角的影响,即尾迹捕捉机制,翻转机制,失速延迟机制,拍动迎角对气动力的升力分量的影响。在拍动行程开始的加速阶段,气动力主要受平板–涡相互作用的影响。而在匀速平动阶段,大迎角条件下的拍动由于受附着前缘涡的作用,可产生较大的升力,但若继续增大迎角会导致气动力的升力分量减小。在最后的减速–翻转阶段,由翻转机制提供的气动力随着迎角的增加而减小,这主要是因为大迎角拍动的平板对应着更小的转动的角速度,导致附加环减小,从而降低

为了设计更高效、高机动性的扑翼飞行器,需要对扑翼运动机理进行细致的动力学研究。其中,迎角是影响扑翼运动气动性能的关键因素。本文结合格子Boltzmann法与Level-Set动边界识别法,建立了含有动边界的流场模拟方法,并采用GPU加速,数值研究了迎角对扑翼运动气动性能的影响。结果表明增大迎角,扑翼运动的升阻比呈现先增大后减小的趋势,当迎角θ=10°时,能够获得最佳气动性能。θ=0°~40°范围内,随着迎角的增大,扑翼翼尖处的上下翼面压差比翼根、翼中处大,在翼尖处提供了更大的升力。随着迎角的增大,扑翼的前缘涡附着于翼面的面积明显增大,扑翼后方脱落的涡旋也较难耗散,提高了扑翼的升力;同时,翼尖涡的强度和影响范围变大,增加了扑翼的阻力。

描述了应用PIV技术在水槽中对边条机翼上旋涡及破裂旋涡流场进行的测量和分析.实验是在北航水槽中进行的.通过PIV技术的测量,揭示了旋涡及破裂旋涡中的非定常特性,这种非定常特性同飞机上机翼、尾翼的抖振密切相关.实验结果表明,对于未破裂的边条涡,存在着两种非定常特性,其一是剪切层中不断地有小涡沿剪切层输运和合并.其二是由一次涡诱导的二次涡与剪切层中的小涡互相诱导引起的非定常现象.对于破裂涡,则发现与未破裂的涡相比,截面上涡量分布的区域突然扩大很多,最大涡量的绝对值也比上游未破裂区截面上的涡量最大值小.此外还发现在涡量分布区域出现反涡量,这同涡破裂后出现涡核螺旋变形有关.对于同一截面处涡量分布是非定常的.