正交各向异性薄膜沉浮运动流固耦合效应的数值研究.doc

正交各向异性薄膜沉浮运动流固耦合效应的数值研究国家自然科学基金资助通信作者 国家自然科学基金资助 通信作者 EFiail： Ibao? ucas ac. cn 隋晓飞1管子武^鲍麟 (1中国科学院大学生物运动力学实验室，北京10()()49; 2中国科学技术大学近代力学系，合肥230027) (2013年4月18日收稿：2013年5月20日收修改稿) Sui X F Guan Z W，Bao L? Numerical study on the fluid-structure interaction of the heaving orthotropic membrane J Joumal of University of Chinese Academy of Sciences $2014 31(1): 24-31 ? 摘 要 采用非线性有限单元法和非定常面元法实现了正交各向异性矩形薄膜在拍动中的 流固耦合数值模拟，并研究薄膜在小攻角沉浮运动吋，在惯性力和气动力共同作用下的非定常 变形响应及对应的气动特性.结果显示，在相同的沉浮运动条件下 薄膜的柔性有助于改善其 气动性能应卩薄膜弦向、展向弹性模量减小引起柔性变形幅度的较大增加 则作用于膜上的平 均气动升力也相应显著增高，而平均升力与平均气动功率的比值仅略有降低? 尖键词 正交各向异性;薄膜;流固耦合;沉浮运动;气动性能 中图分类号:0353. 4 文献标志码:A doi: 10. 7523 /j. issn. 2095-6134. 2014. 01. 005 Numerical study on the fluid^tmcture interaction ofthe heaving orthotropic membrane SUI Xiaofei1 * GUAN Ziwu1，EAO Lin1 (1 Laboratory for Biomechanics of Animal Locomotion University of Chinese Academy of Sciences?Beijing 100049 China： 2 Department of Modem Mechanics * University of Science and Technology of China，Hefei 230027 ?China) Abstract FluicHtructure interaclion of the orthotropic rectangular membrane during heaving motion is simulated numerically by using a nonlinear finite element method combined with an unsteady panel method. The numerical results are analyzed to understand the influence of flexibility on the aerodynamic performance of the heaving membrane at a small ange of attack It is indicated that the amplitudes of the deformations increase considerably as the chordwise and the spanwise elastic moduli decrease，which leads to an increase of average aerodynamic lifts at the cost of the slight decrease of the ratio of average aerodynamic lift to power Key words orthotropy; membrane; fluid-structure interaction; heaving motion; aerodynamic performance 随着科技的进步和时代发展的需求，人们希 望造出具育高机动和易操控特性的微型飞行 器蝙蝠是唯一能自主飞行的哺乳动物，通过 挥拍翼膜能够产生高气动力，具有飞行机动性和 主动控制能力特别强的优势iSrfri观测以及模拟、 分析蝙蝠拍翼飞行就自然而然地成为研究的前沿 和热点? 蝙蝠独特的飞行特性是由其特姝的翼膜结构 决定的，蝙蝠冀由骨骼、翼膜、手指等结构构成， 通过手指、骨骼的挥拍、收缩等主动运动，带动手 指间翼膜的运动，产生气动力?美国布朗大学 (Brown Unive