基于浸入邊界法的撲翼飛行數值模擬1)

赫連勃勃 張 權 周 錕

(武漢科技大學省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室，武漢 430081)

鳥類和昆蟲具有極高的飛行技巧，例如前飛、懸停和滑翔。自然界中鳥類和昆蟲等飛行生物均采用撲翼飛行方式[1]。撲翼飛行既能像固定翼飛行器那樣快速前行，也能像旋翼飛行器那樣在空中懸停。鳥類和昆蟲這些超高的飛行技巧讓人們堅信撲翼飛行器在環境勘察、軍情偵察等場景具有巨大的應用潛力，與撲翼相關的研究受到了國內外學術和工程應用領域的高度關注[2]。

國內外眾多學者對撲翼飛行進行了大量的研究。國內：葉軍科等[3]求解了加入擬壓縮項的不可壓納維–斯托克斯方程，研究了不同翼型厚度和雷諾數對翼型非定常氣動特性的影響；韓偉等[4]研究了矩形波形、三角波形對俯仰運動能量獲取的影響，同時研究了斯特勞哈爾數、俯仰角、俯仰軸位置對能量獲取效率的影響；沈志偉等[5]應用混合笛卡爾網格的方法，對單體翼型以及前后擺放的雙翼型的振幅影響進行了數值模擬；劉葳興等[6]應用浸入邊界法對三維柔性撲翼進行了模擬，系統地研究了撲翼參數對三維柔性翼推進性能的影響。國外：Pedro 等[7]對NACA 0012 水翼進行結構化網格劃分并做了繞流數值模擬，研究了升沉頻率和俯仰頻率等參數對水翼氣動性能的影響；Lee 等[8]對果蠅的三維流場進行了數值模擬，研究了迎角對果蠅飛行速度的影響，并進一步研究了尾流和翅膀的相互作用；……