低雷诺数下昆虫飞行机理研究

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微型扑翼飞行器轻便灵活,可有效用于搜救、监控、情报收集和战场通讯,各国在该领域的研究异常活跃,竞争激烈。自然界许多鸟类和昆虫等飞行动物于微型飞行器有相近的几何尺度及飞行雷诺数,它们各具特色的空中飞行能力,为当前的人造航行器和飞行器望尘莫及,其上亿年进化而得来的翅膀形态和飞行方式给了我们很多启示,是我们研制MAY(Micro air vehicle)应加以借鉴的。 本文借助仿生学手段,利用流体力学计算软件FLUENT,求解Navier-Stokes方程,对模型蜻蜒的飞行稳定性进行研究。从仿生控制策略角度,为实现微型仿生飞行昆虫最终能够在自然环境气流中稳定飞行,与风“和平”相处,提供一些帮助。 主要工作由三部分组成: 1、掌握计算流体力学软件FLUENT的使用,通过该软件的用户自定义功能(UDF),借助C语言编程对该软件进行二次开发,以实现针对计算中所要用到的动态网格技术,并对计算方法进行验证。 2、通过检索文献,了解国际上比较前沿的昆虫飞行机理,及其飞行时的身体姿态及方程模拟。为以后对这几种昆虫的数值模拟打下基础。 3、针对模型翼在有来流条件下的扑动进行分析,运用数学及运动学的方法,将模型翼的运动由原先的二维情形扩展为三维情形,建立模型翼的三维运动方程改变外界风速,计算模型蜻蜓在三维状况下不同外界条件下的气动力特性,分析风速与纵向、航向和横向静稳定性之间的关系。并与二维状态进行对比。
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