柔性對生物的運動起著至關(guān)重要的作用,例如鳥類的飛行和魚類的游動.對柔性的研究有利于深刻地認識一些動物的運動機制和制造高效推進的仿生機器.文章在側(cè)向自由彈性細絲的模型基礎(chǔ)上,對不同柔性細絲的氣動效能進行了研究.數(shù)值模擬結(jié)果表明,在Karman渦街中,細絲的阻力系數(shù)隨著其柔性減小而減小,細絲尾端的振幅隨著其柔性減小而增大.結(jié)果還表明,在一定范圍的Reynolds數(shù)下,減小細絲柔性,細絲由在渦核之間穿梭擺動運動模式變成在渦街外側(cè)擺動運動模式,其尾渦的對稱性也發(fā)生了明顯的變化. 

【文章來源】：氣體物理. 2019,4(06)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖３未放人細絲之前撲翼產(chǎn)生的渦街??Ｆｉｇ．?３?Ｖｏｒｔｅｘ?ｓｔｒｅｅｔ?ｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｂｙ?ｆｌａｐｐｉｎｇ?ｗｉｎｇｓ??ｂｅｆｏｒｅ?ｆｉｌａｍｅｎｔ?ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ??

卷??數(shù)；／細絲頭端與撲翼尾端的水平距離；／：撲翼的??撲動頻率，表１的數(shù)據(jù)除細絲彎曲剛度／ａ以外，??其他參數(shù)和參考文獻［１２］取值相同．??Ｒｅ?－?ｐｄｌｌｘ／ｕ，?Ｓｔ?＝?ｆｄ／Ｕｘ?，??ｉ４（１?＝?２ｃｓｉｎ６／ｄ，?ＤＬ?＝?Ｄ／Ｌ，?Ｋｂ?＝?Ｋｂ?／ｐｏＵ２Ｌ３??有研究表明，在Ｓｔｒｏｕｈａｌ數(shù)義在０．２￣０．４的??區(qū)間內(nèi)Ｘ４ｄ），魚類的推進效率最高［｜４］，??為了得到穩(wěn)定的計算結(jié)果，避免不必要的計算，本??文所選取的Ｓｔ，均在０．２￣０．４范圍內(nèi)（圖２［１２］中的??灰色區(qū)域）．圖中口代表模式１，細絲在渦核之間穿??梭擺動；〇代表模式２，細絲在渦街外側(cè)擺動；Ａ??代表模式３，細絲在渦街中間微弱擺動；？代表模??式４，細絲夾在渦帶之間往復(fù)擺動．??表１數(shù)值模擬中采用的無量綱化參數(shù)??Ｔａｂｌｅ?１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｌｅｓｓ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??Ｇｒｏｕｐ?Ａ??Ｒｅ??Ｋｂ??〇，??ｆ??ｅ??２５５??ｌｘｌＯ＇５??２．０??０．３??２５??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇＇４??５ｘＨＴ４??ｌｘｌ（Ｔ３??Ｇｒｏｕｐ?Ｂ??Ｒｅ??Ｋｂ??ｆ??６??２５５??ｌｘｌ（Ｔ５??２．０??０．４??２０??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇＇４??５ｘｌ〇－４??ｌｘｌ〇￣３??Ｇｒｏｕｐ?Ｃ??Ｒｅ??Ｋｂ??〇，??ｆ??６??２５５??ｌｘｌＯ－５??５ｘｌ〇－５??ｌｘｌ〇４??５ｘｌ（Ｔ４??ｌｘｌ（Ｔ３??２．０??０．５５??１５??Ｇｒｏｕｐ?Ｄ??Ｒｅ??Ｋｂ??

第６期??劉亮，等：撲翼尾跡中細絲的柔性對氣動效能的影響??５３??＇夂，？?Ｉ??（ｃ）?０Ｊ５Ｔ??，飛？？參??（ｄ）?１．０７１??圖４彈性細絲呈現(xiàn)模式】運動時細絲在１個擺動??周期內(nèi)的４個時刻渦量云圖??Ｆｉｇ．?４?Ｖｏｒｔｉｃｉｔｙ?ｎｅｐｈｏｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌａｓｔｉｃ?ｆｉｌａｍｅｎｔ?ａｔ?ｆｏｕｒ?ｔｉｍｅ??ｉｎｓｔａｎｔｓ?ｉｎ?ａ?ｐｅｒｉｏｄ?ｏｆ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｍｏｄｅ?１??圖５細絲尾端軌跡圖??Ｆｉｇ．?５?Ｆｉｌａｍｅｎｔ?ｔａｉｌ?ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ??通過改變細絲的柔性，可以發(fā)現(xiàn)，隨著細絲的??柔性減小，細絲的阻力系數(shù)減小（如圖６所示），細??絲的尾端振幅增大（如圖７所示）．由圖８細絲的尾??部渦量云圖可以看出，隨著柔性的減小，細絲尾渦??對稱性得到增強，對稱尾渦產(chǎn)生了更大的推力，所??以細絲的阻力系數(shù)減�。@一實驗結(jié)果和前人??Ｒａｓｐａ的研究相吻合？?２０１３年，Ｒａｓｐａ等［叫研究了??并列布置的兩個撲翼的推進特性及其尾渦結(jié)構(gòu)，發(fā)??現(xiàn)異相運動（相位差為ＴＴ）的兩個撲翼能夠產(chǎn)生對??稱的尾渦，而相位差為７７／２的兩個撲翼則產(chǎn)生不對??稱的尾渦，并且對稱的尾渦結(jié)構(gòu)有利于產(chǎn)生更大的??推力．細絲的柔性減小，在相同的側(cè)向力的誘導(dǎo)下，??剛度大的細絲更不容易彎曲．所以隨著細絲柔性的??減小，細絲的尾端振幅增大．??Ｋｂ??圖６細絲阻力系數(shù)和柔性之間的關(guān)系??Ｆｉｇ．?６?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｄｒａｇ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ??ａｎｄ?ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｉｌａｍｅｎｔ??Ｋｂ??閣７細絲


本文編號：3430308