微型飞行器柔性翼气动及抗风特性研究

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本文首先发展了一套适用于微型柔性翼低雷诺数气动计算的程序,基于此,本文广泛而细致的研究了微型固定翼飞行器二维、三维刚性翼的气动特性,并通过耦合考虑结构变形的影响,进一步研究了柔性翼的气动特性,得出的结论对微型飞行器的气动设计具有一定的指导意义。 在二维翼型计算方面,本文对XFOIL程序进行了改造和扩展,研究了在低雷诺数下刚性翼型的气动特性,以及固定转捩和来流湍流度的影响。在此基础上,本文提出一种翼型主动变形的方法,计算了在振荡来流下柔性翼型的气动特性,并和刚性翼型作比较,显示了可以适当变形的柔性翼型的气动优越性。 为了实现低雷诺数下三维机翼的定常与非定常气动计算,本文在课题组原有定常Navier-Stokes方程计算程序中加入了非定常、预处理等模块,使之能够适用于低速不可压流场计算问题,在此基础上研究了不同展弦比和弯度下机翼的气动特性及流场特点。 为了深入研究柔性翼气动和结构的耦合问题以及柔性机翼变形对微型飞行器气动性能的影响,本文采用了计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)相结合的方法,其中气动计算是求解施加预处理后的雷诺平均Navier-Stokes方程组,结构分析采用大型通用有限元求解器ANSYS,计算了不同展弦比和雷诺数下的柔性翼气动结构耦合效应,结果表明在迎角大于一定值时柔性机翼较刚性机翼有着明显的气动优越性。
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