昆蟲懸停飛行的升力產(chǎn)生機(jī)理和能耗研究.pdf

1、昆蟲懸停飛行的非定?？諝鈩恿W(xué)研究是昆蟲飛行研究的重要組成部分，主要解決驅(qū)動昆蟲運(yùn)動和控制運(yùn)動的氣動力和力矩是如何產(chǎn)生以及產(chǎn)生這些力所需的能耗問題。該問題的研究對昆蟲飛行生理學(xué)及昆蟲仿生學(xué)具有重要的意義。本文發(fā)展了基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積ALE求解器，對二維剛性單翼懸停飛行和雙翼打開-合攏運(yùn)動進(jìn)行了數(shù)值模擬，開展了升力產(chǎn)生機(jī)制和能耗問題的研究。
　　本文發(fā)展的有限體積ALE求解器基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，采用人工壓縮方法和隱式迭代法求解不可壓

2、縮粘性流體控制方程。在雙時間步算法中，采用五階龍格-庫塔對偽時間步進(jìn)行迭代，直到得到收斂解。采用ALE技術(shù)處理動網(wǎng)格問題，在保持網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的前提下，利用網(wǎng)格運(yùn)動函數(shù)（冪指數(shù)函數(shù)）控制內(nèi)部網(wǎng)格運(yùn)動。提出兩種網(wǎng)格修正方式，以處理打開-合攏運(yùn)動過程中的網(wǎng)格變形問題。采用局部時間步進(jìn)和隱式殘差光順技術(shù)加速偽時間收斂到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　以二維振蕩圓柱擾流問題對ALE模型進(jìn)行驗證。通過對流場、渦量和壓力等的定性對比分析和流向力、阻力系數(shù)和

3、附加質(zhì)量系數(shù)的定量對比分析，本文ALE模型得到的計算結(jié)果與實驗結(jié)果符合較好，能夠很好的處理網(wǎng)格運(yùn)動問題。
　　對二維剛性翼懸停飛行進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示延遲脫落機(jī)制和尾渦捕獲機(jī)制促進(jìn)升力的產(chǎn)生，前者是升力產(chǎn)生的主要原因。誘導(dǎo)噴射機(jī)制和翻轉(zhuǎn)效應(yīng)機(jī)制抑制升力的產(chǎn)生。當(dāng)旋轉(zhuǎn)幅值為45°時，升力與能耗的比值最大，即消耗相同的能量產(chǎn)生的升力最大。
　　對昆蟲飛行的打開-合攏機(jī)制進(jìn)行了研究。尾渦捕獲機(jī)制和延遲脫落機(jī)制是打開-合攏運(yùn)動產(chǎn)生升