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微型飞行器的仿生流体力学——昆虫前飞时的气动力和能耗 被引量：20
1
作者 孙茂 吴江浩 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期385-393,共9页
用数值模拟方法研究了昆虫前飞时的气动力和需用功率。由N S方程的数值解提供速度场和压力场 ,从而得到涡量、气动力和力矩 (惯性力矩用解析方法计算 )。基于流场结构 ,解释了非定常气动力产生的原因 ;基于气动力和力矩 ,得到需用功率... 用数值模拟方法研究了昆虫前飞时的气动力和需用功率。由N S方程的数值解提供速度场和压力场 ,从而得到涡量、气动力和力矩 (惯性力矩用解析方法计算 )。基于流场结构 ,解释了非定常气动力产生的原因 ;基于气动力和力矩 ,得到需用功率。悬停飞行中揭示出的 3个非定常高升力机制 (不失速机制 ,拍动初期的快速加速运动 ,拍动后期的快速上仰运动 )在前飞时仍然适用 (即使在快速前飞时 ,V∞ =2～ 2 5m/s,失速涡也不脱落 )。在低速飞行时 (V∞ ≈ 0 5m/s)平衡重量的升力既来自于翅膀的下拍运动也来自于上挥运动 ,并主要由翅膀的升力贡献 ;克服身体阻力的推力主要来自于翅膀的上挥运动 ,由翅膀的阻力贡献。在中等速度下 (V∞ ≈ 1 0m/s) ,升力主要来自于下拍运动 ,其中一半由翅膀升力贡献 ,一半由翅膀阻力贡献 ;推力主要来自上挥运动 ,也是一半由翅膀升力贡献 ,一半由翅膀阻力贡献。在快速飞行时 (V∞ ≈ 2 0m/s) ,升力主要来自于下拍运动 ,主要由翅膀阻力贡献 ;推力来自上挥运动 ,主要由翅膀升力贡献。悬停时 ,下拍和上挥做功同样大 ;前飞时 ,下拍做功较上挥大得多 :V∞ =0 5 ,1 0和 2 0m/s时 ,下拍做的功分别是上挥的 1 6,2 6和 3 5倍。果蝇在悬停飞行时 ,比功率 (单位身体质量的需用功率 )约为 展开更多
关键词 飞行器 仿生流体力学 气动力 能耗 昆虫飞行
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小翼羽掠角对机翼增升效果的影响
2
作者 唐钰涵 王将升 王晋军 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期76-84,I0002,共10页
鸟类会通过抬起其翅膀前缘3至4根长度较短的羽毛(小翼羽)来抑制失速和增加升力,并根据不同飞行状态改变小翼羽与翅膀之间的掠角。为应对大迎角下的机翼失速问题,本文结合风洞测力和粒子图像测速实验研究了小翼羽掠角对机翼增升效果的影... 鸟类会通过抬起其翅膀前缘3至4根长度较短的羽毛(小翼羽)来抑制失速和增加升力,并根据不同飞行状态改变小翼羽与翅膀之间的掠角。为应对大迎角下的机翼失速问题,本文结合风洞测力和粒子图像测速实验研究了小翼羽掠角对机翼增升效果的影响。风洞测力实验结果表明,相比于无前掠的小翼羽,适当前掠的小翼羽对机翼的增升效果更好且不会增加机翼阻力。平面粒子图像测速和体视粒子图像测速实验表明,适当的前掠角能够增强小翼羽产生的前缘涡的强度,并扩大前缘涡增升的有效机翼迎角范围,最终导致适当前掠的小翼羽对机翼的增升效果更好。 展开更多
关键词 小翼羽 掠角 风洞 粒子图像测速 前缘涡 增升 流动控制 仿生流体力学 实验
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基于Delaunay背景网格插值和局部网格重构的变形体动态混合网格生成技术 被引量：19
3
作者 张来平 段旭鹏 +2 位作者 常兴华 王振亚 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2009年第1期32-40,共9页
建立了一种基于Delaunay背景网格插值方法和局部网格重构方法相结合的变形体动态混合网格生成方法。首先利用作者发展的定态混合网格生成技术生成变形体初始网格,即变形体附近利用结构化的四边形网格,外场采用自适应Cartesian网格,中间... 建立了一种基于Delaunay背景网格插值方法和局部网格重构方法相结合的变形体动态混合网格生成方法。首先利用作者发展的定态混合网格生成技术生成变形体初始网格,即变形体附近利用结构化的四边形网格,外场采用自适应Cartesian网格,中间由三角形网格过渡。当物体运动或变形时,首先利用Liu和Qin提出的基于Delaunay背景网格的插值方法对变形体附近的网格进行变形;当物体运动或变形位移很大导致局部网格质量急剧下降、甚至网格相交时,则在局部重新生成网格。利用该方法生成了多种变形体外形的动态混合网格,如单个鱼体、双鱼串列巡游,昆虫单翼、双翼扑动,多段翼型变形等,并在鱼体巡游的非定常数值模拟中得到了应用。 展开更多
关键词 动态混合网格 不可压缩流 非定常流动 生物仿生流体力学
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三鱼群游流动干扰及其减阻机理的数值研究 被引量：3
4
作者 张来平 常兴华 +1 位作者 段旭鹏 张涵信 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2007年第6期753-760,共8页
观察研究发现,在鱼类的群游中,鱼体可以有效利用相互之间有益的干扰,减少游动阻力,增强自己的推力和游动效率。文中作者基于以往建立的动态混合网格生成方法以及不可压缩流非定常计算方法,对三鱼呈"三角"阵型排列的群游进行... 观察研究发现,在鱼类的群游中,鱼体可以有效利用相互之间有益的干扰,减少游动阻力,增强自己的推力和游动效率。文中作者基于以往建立的动态混合网格生成方法以及不可压缩流非定常计算方法,对三鱼呈"三角"阵型排列的群游进行了数值模拟,通过对不同横向间距、不同流向间距、不同相位差等游动状态下的流场结构、力学特性的比较,分析了鱼体之间的横向干扰和流向干扰,研究了流动干扰减阻的机理。 展开更多
关键词 动态混合网格 非定常算法 不可压缩流 生物仿生流体力学 鱼类群游
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鱼类“钻石”状群游流动干扰及其减阻机理的数值研究 被引量：2
5
作者 张来平 常兴华 +1 位作者 段旭鹏 张涵信 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期385-393,共9页
观察研究发现,在鱼类的群游中,鱼体可以有效利用相互之间有益的干扰,减少游动阻力,增强自己的推力和游动效率。本文基于作者以往建立的动态混合网格生成方法以及不可压缩流非定常计算方法,对四鱼呈"钻石"阵型排列的群游进行... 观察研究发现,在鱼类的群游中,鱼体可以有效利用相互之间有益的干扰,减少游动阻力,增强自己的推力和游动效率。本文基于作者以往建立的动态混合网格生成方法以及不可压缩流非定常计算方法,对四鱼呈"钻石"阵型排列的群游进行了数值模拟,通过不同横向间距、不同流向间距、不同相位差等游动状态下流场结构、力学特性的比较,分析了鱼体之间的横向干扰和流向干扰,对其降低阻力、减少功耗的流动机理进行了探讨。 展开更多
关键词 动态混合网格 非定常算法 不可压缩流 生物仿生流体力学 鱼类群游
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基于动态混合网格的鱼体巡游数值模拟 被引量：2
6
作者 张来平 常兴华 +2 位作者 段旭鹏 王振亚 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2007年第B12期29-36,共8页
对鱼类等柔性变形体的数值模拟需要解决如下几个问题：（1）柔性体动态网格生成；（2）基于动态网格的不可压流非定常算法。本文基于Delaunay背景网格插值方法，发展了一套快速生成柔性体变形的动态混合网格生成方法；对于不可压流问题... 对鱼类等柔性变形体的数值模拟需要解决如下几个问题：（1）柔性体动态网格生成；（2）基于动态网格的不可压流非定常算法。本文基于Delaunay背景网格插值方法，发展了一套快速生成柔性体变形的动态混合网格生成方法；对于不可压流问题，采用虚拟压缩方法进行求解，结合双时间步方法来处理非定常问题；最后数值模拟了鱼体巡游的非定常流动，分析了鱼体的摆动频率对力、功耗等流体动力学特性的影响。 展开更多
关键词 动态混合网格 双时间步方法 虚拟压缩方法 生物仿生流体力学
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基于动态混合网格的双鱼串列巡游数值模拟 被引量：1
7
作者 张来平 常兴华 +2 位作者 段旭鹏 王振亚 张涵信 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2008年第B12期28-34,65,共8页
观察研究发现，在鱼类的群游中，后鱼可以利用前鱼尾迹中有利的涡结构来增大自己的推力，减少功耗。本文利用作者以往发展的动态混合网格生成技术和相应的不可压缩流非定常计算方法，在单鱼巡游数值模拟的基础上，数值模拟了双鱼串列巡... 观察研究发现，在鱼类的群游中，后鱼可以利用前鱼尾迹中有利的涡结构来增大自己的推力，减少功耗。本文利用作者以往发展的动态混合网格生成技术和相应的不可压缩流非定常计算方法，在单鱼巡游数值模拟的基础上，数值模拟了双鱼串列巡游的非定常流动，分析了摆动频率、摆动相位差以及流向间距对推力、功耗等流体动力学特性的影响。 展开更多
关键词 动态混合网格 不可压缩流 非定常流动 生物仿生流体力学
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