李典,刘小民,杨罗娜

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)



仿鸮翼的三维仿生翼型叶片气动特性研究

李典,刘小民,杨罗娜

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

基于仿生逆向重构方法对具有静音飞行特性的长耳鸮翅膀进行拟合,得到仿长耳鸮翅膀的三维叶片模型。采用大涡模拟方法对仿鸮翼型叶片流动进行数值模拟,研究了2种雷诺数(Re=16 000,70 000)下不同攻角时的鸮翼仿生叶片的流场结构,揭示了仿鸮翼型叶片的流动控制机理。研究结果表明:基于长耳鸮翅膀的仿生翼型叶片在2种雷诺数下均具有优异的升力特性,其中Re=70 000时的升力系数相对较大,最大升力系数为1.26,但流动失速攻角也相对较大;靠近叶根处叶片前缘部分的上弯结构是仿生叶片具有较高升力系数的重要因素;随着攻角的增大,受沿叶片流动方向逆压梯度的影响,叶片表面气流无法保持附面流动状态,边界层逐渐发生分离,在叶片下游处产生了明显的不规则涡结构,从而导致流动恶化,这也是仿生叶片产生涡流噪声的原因。

仿生翼型;长耳鸮翅膀;气动性能;旋涡结构;数值模拟

鸮类在长期的进化过程中经过自然选择形成了与其灵动飞行和静音飞行相适应的翅膀结构和功能特征,这就为翼型叶片仿生设计提供了生物灵感,以达到控制叶片表面流动分离、降低气动噪声的目的。

Graham等首次开展了长耳鸮翅膀降噪特性的研究,发现长耳鸮的翅膀形态结构具有明显的降噪效果[1]。……