[发明专利]一种基于二维平面悬停扑翼气动特性分析方法

权利要求书

1.一种基于二维平面悬停扑翼气动特性分析方法，其特征在于，所述气动特性分析方法包括如下步骤：

步骤1，研究方案的确定：

建立扑翼运动二维简化模型及运动方程，并利用FLUENT软件、用户自定义函数UDF和动网格技术，分析二维翼型在不同扑翼频率、不同相位角下的平均升力和阻力系数；

步骤2，二维翼型的建模：

选取低速翼型系列中的一标准翼型，在Gambit中先建立翼型剖面，并确定翼型的上下边界，划分出三角形网格，设置好边界条件；

步骤3，用户自定义函数UDF的设置：

在步骤2的基础上，初选扑翼相位角和初选扑翼频率，采用控制变量法编译出多组不同的UDF函数；

步骤4，升力系数和阻力系数的计算：

将步骤2中所建立的二维翼型模型和步骤3中所编译的UDF函数导入FLUENT中，并定义基本求解器、设置动区域、设置升阻系数监测器以及无量纲化后，进行迭代计算；

步骤5，计算均值以及数值模拟结果分析：

将步骤4中所得的计算数值导入MATLAB中，选取二维扑翼一个周期的运动数据，键入命令语句得出平均升阻系数与扑翼频率和扑翼相位角的关系图像。

2.如权利要求1所述的一种基于二维平面悬停扑翼气动特性分析方法，其特征在于，所述步骤1具体还包括如下步骤：

步骤11，确立计算模型：

选取薄椭圆面作为二维简化翼型的弦向截面，翼型运动包括平动和转动的复合运动，控制方程为：

沿Y轴平动：

h(t)＝A_m sin(2πft)

绕椭圆翼型的几何中心转动：

根据量纲分析可以得到无量纲Reynolds数：

式中：

A_m，α_m,f和分别为扑动幅值、最大转动幅值、扑翼频率、平动与转动之间的相位差；

ρ，U，μ和c分别为空气的密度、来流速度、黏性系数和翼型弦长；

步骤12，确立计算方法：

在数值模拟计算中，翼型的运动是通过控制其平动速度和转动角速度实现的；

平动速度：

转动角速度：

在数值模拟计算中，流体的运动可由下列连续性方程和N-S方程来描述：

式中：

u和v分别为流体沿X轴和Y轴的速度；p为流体的压力。

3.如权利要求1所述的一种基于二维平面悬停扑翼气动特性分析方法，其特征在于，所述步骤2具体还包括如下步骤：

步骤21，使用坐标点生成NACA0006翼型：

首先确定二维翼型的弦长和中心线位置，再运用厚度的逼近函数，产生上、下翼型曲线，两曲线延长相交就形成了翼型的剖面外形图；翼型剖面前部以切圆处理；

步骤22，翼型初始位置确定：

将NACA0006导入GAMBIT建立模型，先分析不同频率对悬停扑翼气动特性的影响；选定初始相位角，选定翼型的中心，计算出翼型在X轴和Y轴的偏移量以及弦长与X轴的夹角；

优选地，所述翼型中心定位于弦长的四分之一处；

步骤23，在计算区域划分三角网格：

利用布尔运算生成两个圆面，在所生成的圆面区域内划分三角网格；

步骤24，设置边界条件：

网格划分好之后，进行边界条件的设定，悬停下，翼型表面入口无来流，不用设置入口，直接定义一个出口边界条件。