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《微型撲翼飛行器非定常運動對平尾的影響》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、航空學(xué)報ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaOct.252012VoI.33No.101827—1833ISSN1000.6893CN11—1929/Vhttp:∥hkxbbuaa.edu.cnhkxb《圓buaa.educn文章編號:1000一6893(2012)lo—1827—07微型撲翼飛行器非定常運動對平尾的影響楊茵,李棟*,張振輝西北工業(yè)大學(xué)航空學(xué)院,陜西西安710072摘要:以西北工業(yè)大學(xué)自行研制的微型撲翼飛行器ASN211為研究對象,利用其簡化的二維撲翼及平尾串列翼模型進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬,分析了撲翼俯仰運動及沉浮運動對平尾
2、氣動性能的影響。在數(shù)值模擬模塊中,模型的俯仰運動及沉浮運動由動網(wǎng)格技術(shù)實現(xiàn)。通過計算流體力學(xué)(CFD)軟件Fluent對此非定常流場進(jìn)行數(shù)值計算,重點研究了撲翼非定常運動尾流對平尾氣動效率的影響。定常狀態(tài)與非定常時均條件下平尾升力曲線的對比分析表明,撲翼的非定常運動能夠增大平尾的失速迎角及最大升力系數(shù),因而使平尾的失速特性得到改善。關(guān)鍵詞:微型撲翼飛行器;非定常運動;動網(wǎng)格;平尾;失速中圖分類號:V225.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A平尾作為飛機的主要部件之一,對微型撲翼飛行器的作用與常規(guī)飛機的一樣,也是用來為飛行器提供足夠的氣動力矩、保障飛機的穩(wěn)定性和控制能力[1]。由于微型撲翼飛
3、行器具有尺寸小、靈活機動的特點,因此平尾作為一個控制飛機縱向平衡、穩(wěn)定和操縱性的翼面,其氣動性能對飛行控制的作用顯得尤為重要L2J。微型撲翼飛行器是一種基于仿生學(xué)原理設(shè)計和制造的飛行器,它利用撲翼撲動為飛行提供動力‘}8】。雖然撲動飛行是一種十分高效的飛行方式,但撲動產(chǎn)生的非定常流場會對平尾氣動性能產(chǎn)生較大的影響。比如,固定翼飛機的平尾在飛機勻速平飛時,僅受到機翼一個恒定的下洗影響,而撲翼周期性運動會使得平尾周周的流場變得十分復(fù)雜,這為平尾分析研究帶來了一定的困難。撲翼非定常運動產(chǎn)生的尾流對平尾氣動性能的影響關(guān)系到飛行的性能、飛行器的設(shè)計以及飛行器的控制嘲。因此,對于置于
4、撲翼非定常運動產(chǎn)生的尾流中的平尾,其氣動性能的分析是一個值得研究的課題。與對撲翼升力、推力以及飛行控制等方面的研究相比,微型撲翼飛行器平尾的分析及其相關(guān)結(jié)論相對較少。文獻(xiàn)[10]~文獻(xiàn)[12]對二維翼型振蕩產(chǎn)生的尾流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值計算以及實驗方面的研究,為撲翼運動對平尾影響的研究提供了一定參考。本文在上述文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上,通過對簡化的撲翼與平尾模型的數(shù)值模擬,重點研究了撲翼非定常運動對平尾氣動效率的影響,為撲翼飛機的氣動設(shè)計提供技術(shù)參考。1數(shù)值方法數(shù)值研究使用計算流體力學(xué)(CFD)Fluent軟件的非定常數(shù)值模擬模塊,采用有限體積法離散不可壓Navier.Stokes方程
5、,并通過分離算法運用隱式格式分別求解各個控制方程。梯度差值選取基于節(jié)點的格林一高斯(Green—GaussNode—Based)方法;對流項采用二階迎風(fēng)格式;黏性項采用二階格式;時間離散采用雙時間[131方法;湍流模型選取剪切應(yīng)力輸運(ShearStressTransport,收稿日期:2011.11-11;退修日期:2011—12-13;錄用日期:2012-01-04;網(wǎng)絡(luò)出版時間:2012—01—1310:23網(wǎng)絡(luò)出版地址:www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V20120113.1023.009.htmI*通訊作者.Tel.:029·88
6、490290E-mail=Idgh@nwpu.edu.cn鞘跨格武IY馘9y,“D·z蛔ngZH.
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11、a范AclaAe∞nauticaetAsnonautjc:asinIca.2012.33t{o):1827—1833.楊茵.李棟.張振輝.微型撲翼飛行器菲定常運動對平是的影響.航空學(xué)報.2012.33(10):1827.1833。1828航空學(xué)報0ct.252012vof.33№.10SST)是一∞模型[14]。1.1動網(wǎng)格技術(shù)計算模型的剛體運動及網(wǎng)格變形問
12、題通過Fluent提供的動網(wǎng)格技術(shù)解決。Fluent提供了3種動網(wǎng)格模型,分別是彈簧近似光滑模型(Spring-basedSmoothing),動態(tài)分層模型(Dy—namicLayering)和局部重劃模型(LocalRemesh—ing)。本文采用彈簧近似光滑模型和局部重劃模型相結(jié)合的方法來處理網(wǎng)格變形問題。一方面由于計算使用的網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,因此選取彈簧近似光滑模型;另一方面因為數(shù)值計算的翼型運動的幅度較大,而網(wǎng)格局部重劃模型能夠很好地解決由翼型運動引起的網(wǎng)格變形大的問題,從而保證了網(wǎng)格質(zhì)量。l-2研究模型研究模型選取西