[發(fā)明專利]仿蒲公英的飛行器、飛行器的設(shè)計(jì)方法及分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110695324.1
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113255065B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董洋洋;胡可心;張桐樂;張子建
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 梅學(xué)兵

1.一種仿蒲公英的飛行器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該飛行器包括圓盤和環(huán)繞圓盤的若干根細(xì)長形的方柱，設(shè)計(jì)方法的步驟包括：

根據(jù)阻力系數(shù)確定圓盤的直徑與厚度；所述圓盤的邊緣為尖銳狀；

確定細(xì)長形的方柱尺寸，其中所述方柱均勻分布在所述圓盤一側(cè)的四周且與所述圓盤剛性連接；

根據(jù)飛行器的雷諾數(shù)確定方柱的數(shù)量，使得飛行器在飛行過程中尾跡處形成穩(wěn)定的環(huán)狀渦并且飛行器的阻力系數(shù)最高。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述根據(jù)阻力系數(shù)確定圓盤的直徑與厚度，進(jìn)一步包括：

確定圓盤的直徑，不斷調(diào)整圓盤的厚度直至阻力系數(shù)最優(yōu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述飛行器的雷諾數(shù)確定方柱的數(shù)量，進(jìn)一步包括：

確定一個(gè)雷諾數(shù)，不斷的調(diào)節(jié)方柱的數(shù)量，使得飛行器在飛行過程中尾跡處形成穩(wěn)定的環(huán)狀渦并且飛行器的阻力系數(shù)最高；

改變上述的雷諾數(shù)，重新調(diào)節(jié)方柱的數(shù)量，使得飛行器在飛行過程中尾跡處形成穩(wěn)定的環(huán)狀渦并且飛行器的阻力系數(shù)最高。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：相鄰的方柱之間有間隙且孔隙率大于或等于0.8。

5.一種仿蒲公英的飛行器，其特征在于：所述飛行器根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的飛行器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)而成。

6.一種仿蒲公英的飛行器的分析方法，所述飛行器為權(quán)利要求5所述的飛行器，其特征在于，包括：

根據(jù)所述飛行器建立多孔介質(zhì)氣動(dòng)方程并進(jìn)行三維數(shù)值模擬；

分析所述飛行器在不同雷諾數(shù)和孔隙率下的渦結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性；

對所述飛行器與無縫隙實(shí)心圓盤的氣動(dòng)特性進(jìn)行對比分析。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述建立多孔介質(zhì)氣動(dòng)方程具體包括：將飛行器看成一個(gè)多孔介質(zhì)，在流域中采用N-S方程，而對于多孔介質(zhì)區(qū)域則根據(jù)Darcy-Brinkman定律建立方程。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述根據(jù)所述飛行器進(jìn)行三維數(shù)值模擬，進(jìn)一步包括：

采用混合網(wǎng)格劃分，對飛行器進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，而其余區(qū)域則采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，并對飛行器周圍的網(wǎng)格和近尾跡區(qū)的網(wǎng)格進(jìn)行加密以準(zhǔn)確捕捉渦結(jié)構(gòu)；

采用大渦模擬的湍流模型，借助過濾函數(shù)分離出大、小尺度的渦并分別對其進(jìn)行直接模擬和亞格子應(yīng)力模型求解；空間離散項(xiàng)采用二階中心差分法，對流項(xiàng)和時(shí)間離散項(xiàng)則分別進(jìn)行二階差分和隱式差分；

外流場設(shè)置圓柱并設(shè)置上下圓面為氣流進(jìn)口和出口。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分析方法，其特征在于：所述分析所述飛行器在不同雷諾數(shù)和孔隙率下的渦結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)特性，進(jìn)一步包括：

通過改變雷諾數(shù)，對不同孔隙率下的尾跡結(jié)構(gòu)進(jìn)行辨識；

通過計(jì)算渦量在鈍體邊緣的產(chǎn)生和沿尾跡的擴(kuò)散判斷環(huán)狀渦的生成機(jī)制；

通過計(jì)算阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)和孔隙率的變化規(guī)律并建立壓強(qiáng)分布與阻力系數(shù)的聯(lián)系，確定阻力系數(shù)的變化規(guī)律及其原因；

得到飛行器的氣動(dòng)特性隨雷諾數(shù)和孔隙率的變化規(guī)律。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分析方法，其特征在于：所述對所述飛行器與無縫隙實(shí)心圓盤的氣動(dòng)特性進(jìn)行對比分析，進(jìn)一步包括：

在同一雷諾數(shù)下，對無縫隙實(shí)心圓盤進(jìn)行同樣的數(shù)值模擬，對無縫隙實(shí)心圓盤與所述飛行器的氣動(dòng)特性進(jìn)行對比，以分析孔隙發(fā)揮的作用；

對所述飛行器的氣動(dòng)特性進(jìn)行分析，包括渦量變化趨勢、壓強(qiáng)分布和阻力系數(shù)變化規(guī)律的差異；

得到飛行器中縫隙的存在對于氣動(dòng)特性的影響機(jī)理。