跨介質飛行器綜合了飛機、水面艦和潛艇的優(yōu)點,集高速、隱蔽和攻擊性于一體,有著傳統(tǒng)飛行器和水下航行器無法實現(xiàn)的多功能優(yōu)勢。由于空氣和水的密度相差甚遠,它們的流體動力學特性有很大區(qū)別。要設計一種在空氣和水中都有優(yōu)良性能的跨介質飛行器非常困難。飛魚作為自然界真實存在的一種跨介質生物,能夠輕松自如地實現(xiàn)在空氣和水中的切換,有著優(yōu)異的兩棲特性,可作為我們設計跨介質飛行器的模仿對象。本文著重研究飛魚的空中滑翔性能。通過模仿一種Cypselururs hirarii飛魚的外形,建立飛魚的三維模型,對飛魚進行流體力學數(shù)值模擬與動力學仿真。數(shù)值模擬采用基于有限體積法的OpenFOAM開源平臺,湍流計算采用DDES。數(shù)值模擬比較了三種不同飛魚模型的升力系數(shù)、阻力系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)等氣動參數(shù)隨迎角的變化規(guī)律,并與前人風洞實驗的結果進行了對比,結果吻合良好,并與其他飛行類動物進行了對比,結果顯示飛魚的氣動性能與鷹、海燕、木鴨等處于同一水平。具體的,我們對飛魚的尾流拓撲結構進行了分析,發(fā)現(xiàn)在迎角較小時,流動很好地附著在胸鰭表面,升力系數(shù)隨迎角線性增加,而當迎角增大到10°時,氣流從胸鰭后緣分離,形成大尺度的渦結... 

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 文獻綜述
    1.3 論文研究目標及主要內(nèi)容
        1.3.1 研究目標
        1.3.2 主要內(nèi)容
2 數(shù)值模型與計算方法
    2.1 流體力學數(shù)值模擬
        2.1.1 OpenFOAM平臺簡介
        2.1.2 湍流數(shù)值模擬
    2.2 飛行動力學仿真
        2.2.1 運動模型簡化
        2.2.2 飛行器的常用坐標系
        2.2.3 運動方程描述
    2.3 本章小結
3 流體力學數(shù)值模擬
    3.1 飛魚幾何模型
    3.2 計算參數(shù)設置
    3.3 計算結果
        3.3.1 氣動力和力矩
        3.3.2 流動結構
    3.4 本章小結
4 飛行軌跡模擬
    4.1 空氣動力學參數(shù)
        4.1.1 前人風洞實驗結果的擬合
        4.1.2 CFD數(shù)值模擬所得氣動參數(shù)
    4.2 計算設置
    4.3 結果與討論
        4.3.1 采用風洞實驗數(shù)據(jù)求解的飛魚空中飛行軌跡
        4.3.2 采用CFD數(shù)值模擬所得氣動參數(shù)預測的飛魚空中飛行軌跡
        4.3.3 采用不同來源氣動參數(shù)求解的飛行軌跡的比較
    4.4 本章小結
5 總結與展望
    5.1 工作總結
    5.2 研究展望
參考文獻
作者簡歷
發(fā)表文章目錄


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3729903