俯仰柔性板推进性能的高保真数值研究
流体动力学
2021-10-08 v2
摘要
在本文中，我们数值研究了具有不同柔性与后缘形状的三维俯仰柔性板的推进性能。为消除其他几何参数的影响，仅将后缘角从45°（凹形）、90°（矩形）变化至135°（凸形），同时保持柔性板面积恒定。我们考察了频率比f*（定义为柔性板固有频率与驱动俯仰频率之比）的影响。通过数值模拟，我们发现全局最大平均推力出现在f*=1附近，对应于共振条件。然而，最优推进效率在f*=1.54左右实现，而非共振条件。虽然低与高弯曲刚度的凸形板表现出最佳性能，但中等弯曲刚度的矩形板是最高效的推进构型。通过动态模态分解，我们发现被动变形有助于重新分布压力梯度，从而提升效率与推力产生。采用基于动量的推力评估方法将瞬时涡结构与时间相关推力联系起来。当涡从后缘脱离时，由于强烈的动量变化与对流过程，瞬时推力呈现最大值。中等柔性与凸形有助于将动量传递给流体，从而改善推力生成并促进从阻力到推力的转变。后缘角的增大可拓宽产生正平均推力的柔性范围。
引用
@article{arxiv.2103.01838,
title = {A high-fidelity numerical study on the propulsive performance of pitching flexible plates},
author = {Guojun Li and Gael Kemp and Rajeev Kumar Jaiman and Boo Cheong Khoo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.01838},
year = {2021}
}