[发明专利]仿蒲公英的飞行器、飞行器的设计方法及分析方法

权利要求书

1.一种仿蒲公英的飞行器的设计方法，其特征在于，该飞行器包括圆盘和环绕圆盘的若干根细长形的方柱，设计方法的步骤包括：

根据阻力系数确定圆盘的直径与厚度；所述圆盘的边缘为尖锐状；

确定细长形的方柱尺寸，其中所述方柱均匀分布在所述圆盘一侧的四周且与所述圆盘刚性连接；

根据飞行器的雷诺数确定方柱的数量，使得飞行器在飞行过程中尾迹处形成稳定的环状涡并且飞行器的阻力系数最高。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述根据阻力系数确定圆盘的直径与厚度，进一步包括：

确定圆盘的直径，不断调整圆盘的厚度直至阻力系数最优。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述飞行器的雷诺数确定方柱的数量，进一步包括：

确定一个雷诺数，不断的调节方柱的数量，使得飞行器在飞行过程中尾迹处形成稳定的环状涡并且飞行器的阻力系数最高；

改变上述的雷诺数，重新调节方柱的数量，使得飞行器在飞行过程中尾迹处形成稳定的环状涡并且飞行器的阻力系数最高。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的设计方法，其特征在于：相邻的方柱之间有间隙且孔隙率大于或等于0.8。

5.一种仿蒲公英的飞行器，其特征在于：所述飞行器根据权利要求1-4中任意一项所述的飞行器的设计方法设计而成。

6.一种仿蒲公英的飞行器的分析方法，所述飞行器为权利要求5所述的飞行器，其特征在于，包括：

根据所述飞行器建立多孔介质气动方程并进行三维数值模拟；

分析所述飞行器在不同雷诺数和孔隙率下的涡结构和气动特性；

对所述飞行器与无缝隙实心圆盘的气动特性进行对比分析。

7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述建立多孔介质气动方程具体包括：将飞行器看成一个多孔介质，在流域中采用N-S方程，而对于多孔介质区域则根据Darcy-Brinkman定律建立方程。

8.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述根据所述飞行器进行三维数值模拟，进一步包括：

采用混合网格划分，对飞行器进行非结构网格划分，而其余区域则采用结构网格，并对飞行器周围的网格和近尾迹区的网格进行加密以准确捕捉涡结构；

采用大涡模拟的湍流模型，借助过滤函数分离出大、小尺度的涡并分别对其进行直接模拟和亚格子应力模型求解；空间离散项采用二阶中心差分法，对流项和时间离散项则分别进行二阶差分和隐式差分；

外流场设置圆柱并设置上下圆面为气流进口和出口。

9.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于：所述分析所述飞行器在不同雷诺数和孔隙率下的涡结构和气动特性，进一步包括：

通过改变雷诺数，对不同孔隙率下的尾迹结构进行辨识；

通过计算涡量在钝体边缘的产生和沿尾迹的扩散判断环状涡的生成机制；

通过计算阻力系数随雷诺数和孔隙率的变化规律并建立压强分布与阻力系数的联系，确定阻力系数的变化规律及其原因；

得到飞行器的气动特性随雷诺数和孔隙率的变化规律。

10.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于：所述对所述飞行器与无缝隙实心圆盘的气动特性进行对比分析，进一步包括：

在同一雷诺数下，对无缝隙实心圆盘进行同样的数值模拟，对无缝隙实心圆盘与所述飞行器的气动特性进行对比，以分析孔隙发挥的作用；

对所述飞行器的气动特性进行分析，包括涡量变化趋势、压强分布和阻力系数变化规律的差异；

得到飞行器中缝隙的存在对于气动特性的影响机理。