对称翼型低雷诺数小攻角升力系数非线性现象研究.ppt

微型飞行器低雷诺数层流分离涡现象研究 白 鹏, 崔尔杰 航天空气动力技术研究院 2006年05月28日 报告内容 1. 引言 2. 数值方法和计算网格生成 3. 翼型低雷诺数层流分离现象研究 4. 低雷诺数拍动翼气动问题研究 5. 有待进一步开展的工作 1. 引言 何谓低雷诺数？ 微型飞行器的雷诺数范围，102～105。 前人研究成果－扑翼非定常效应 Wagner效应； Weis-Fogh效应（clap-and-fling）； 延迟失速效应（delayed stall）； Kramer效应（rotational forces）； 尾迹捕获效应（wake capture）； 附加质量效应（added mass）。 2 数值方法和计算网格生成 边界条件 粘性流壁面边界条件由动量方程得到： 动网格技术 3 翼型低雷诺数层流分离现象研究 3.1 翼型低雷诺数层流分离泡数值研究； 3.2 对称翼型低雷诺数小攻角升力系数非线性现象研究； 3.3 翼型上表面振荡对气动性能的影响； 3.4 等速上仰翼型动态失速现象研究。 3.1 翼型低雷诺数层流分离泡数值研究 E387翼型?=0o，4o，7o ，Re=6.?104，1.?105，2.?106时均化结果与McGhee试验和Pauley计算结果比较 Re＝60000，?＝4o动画 不同雷诺数的比较 不同攻角的比较 翼型低雷诺数层流分离泡小结 时均结果同Horton的层流分离泡模型吻合。 长层流分离泡是层流剪切层形成周期性层流分离涡，通过对并等复杂过程，不断沿流向脱落的非定常过程的时均化结果。 并不存在确定的长层流分离泡再附点。 雷诺数和攻角等因素对时均化长层流分离泡的形态有重要影响。 低雷诺数翼型层流分离现象中，占主导作用的是层流剪切层的分离，层流分离涡的形成，对并，移动和脱落等一系列较大尺度旋涡结构的复杂作用过程。 3.2 对称翼型低雷诺数小攻角升力系数非线性现象研究 SD8020翼型，?=0o－12o，Re=4.?104同Michael光滑翼型试验数据比较。 不同攻角流场结构比较 Re=40000 有效外形变化效应 流场结构的突变效应 层流边界层对外界参数变化较为敏感，流动结构较易产生明显的响应。攻角??2.5o变化到?≥3.0o后，较大尺度的脱落旋涡和小尺度的湍流旋涡都得到增强，此时层流附面层更容易从外流获得能量形成再附，后缘层流分离涡结构突然变化为传统的长层流分离泡，翼型由负弯度突然变成正弯度，必然造成攻角2.5o和3.0o之间升力系数快速变大和升力线斜率大于2?。 Re=100000时均化结果 对称翼型小攻角非线性现象研究小结 提出了内部结构和演化规律不同于经典层流分离泡模型的后缘层流分离泡模型。 该层流分离泡主涡结构弦向位置集中在上翼面后缘点，不随攻角改变。 后缘层流分离泡与经典层流分离泡模型之间的演化：有效外形变化效应和流场结构的突变效应。 雷诺数增加后缘层流分离泡减弱直至消失，相应非线性升力系数效应也消失。 3.3 翼型上表面振荡对气动性能的影响 研究对象：翼型NACA4415 ?＝9o；Re＝25000； 上表面振荡位置c＝10％－85％； 振幅A为最大厚度的3％和6％； 频率f＝2。 f＝2，振幅6％ f＝2，振幅3％ Re=48000,?＋0＝0.2,NACA0015等速拉起动画 NC0015翼型?=0o－60o，Re=200，5000，48000，  ?＋0＝0.6，1.2，非定常升阻力系数 4. 低雷诺数拍动翼气动问题研究 4.1 悬停飞昆虫拍动翼低雷诺数高升力气动机理研究 4.2 仿生拍动翼一种新拍动方式的高升力机制研究 拍动和转动 Downstroke/upstoke Pronation/supination 拍动面为水平平面 模态：超前/对称/滞后 ?c,??t, ??r,?,?up,?down O-H型壁面正交网格。1、53×45×35；2、81×65×70；3、97×91×91。外边界距离15c,最小网格间距0.002c。 运动参数 根据Weis-Fogh，Vogel果蝇捆绑飞行试验和Dickinson动态比例模型得到： CLw=1.15,?c＝8.42,??t=0.1?c,??r=0.32?c，?＝160o，?up＝?down＝400，??＝1000。相位差8％，计算雷诺数为147，非定常时间步长：??=0.02。 网格密度影响 Advanced Mode 不同运动模态计算结果比较 果蝇悬停飞高升力机理小结 挥动结束阶段挥动的快减速机制； 挥动开始阶段挥动的快加速机制； 挥动中间阶段等速等攻角延迟失速