柔性羽毛各向异性对附面层转捩抑制的物理机制研究
批准号:
12072281
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
叶正寅
依托单位:
学科分类:
空气动力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
叶正寅
中文摘要
层流减阻是流线型运动物体减阻最有效的途径,本项目从分析羽毛柔性结构的特征出发,试图揭示羽毛柔性结构抑制附面层转捩的新机制。有别于目前已知的各种层流控制机理,羽毛通过规则侧缘局部柔性卷起的特性直接抑制转捩阶段Λ涡和发卡涡的发展,从而实现大范围的层流附面层,达到减阻效果。项目以理论分析和数值模拟相结合的技术途径,重点突破两个关键科学问题:(1)羽毛结构在气流作用下所呈现的流固耦合及其各向异性力学特性。(2)羽毛作用下附面层的演化过程以及抑制附面层转捩的物理机制。旨在揭示羽毛结构形式及其各向异性特性与抑制Λ涡和发卡涡之间的关系;羽毛几何和力学参数在形成各向异性力学性能时的特征区间;羽毛在层流、转捩和湍流区的影响规律;这些认识和成果在学术上创新性地提出抑制附面层转捩的一种新机制;从潜在应用角度讲,它可以促进一类新型壁面柔性结构的研制,在航空航天、高速列车等领域减阻方面具有很大的发展前景。
英文摘要
The most valuable approach to reduce the surface drag is keeping the laminar boundary layer for moving bodies. Based on analyzing the elastic features of birds’ feather, a new method to control the boundary layer transition is tried to be revealed in present project. Different from the present control laminar boundary methods, the rolling up feather along the side edge can prevent the formation of vortex and hairpin vortex in the transition region so that the boundary layer will keep laminar flow. The theory method and numerical simulation will be used to reveal the two key physical questions: (1) which is the mechanic anisotropy characteristics of the elastic feather in the fluid-structure coupling when the feather in the flow. (2) developing behaviour of the boundary layer when the feather exists and the physical mechanism of preventing transition of the elastic feather. The following problems will be answered: which is the relation between the feather structure or its mechanical characteristics and preventing the formation of Λ vortex and/or hairpin vortex? Which region is the feather structure parameters and anisotropy mechanical parameters? How will the feather behave in laminar, transition and turbulent boundary layer area? All these questions will help us to understand the birds’ feather in control the boundary layer flow, and this will help us to investigate a new skin with micro structure to reduce the surface fluid drag. The new skin will be used in future for airplanes, high speed train and so on.
鸟类具有突出的飞行能力,有些奥秘仍然不为人们所知悉,鸟类的羽毛被认为是其突出飞行能力的重要元素。本项目从鸟类羽毛分布的共性特征出发,以数值模拟为主要研究手段,结合理论模型的分析,探索了羽毛上游既柔软又稠密的特点以及在抑制扰动波中的作用,揭示了鸟类羽毛在静止时蓬松而在飞行过程中保持外形流线型特点的力学奥秘,研究了羽毛变形特点以及在抑制附面层转捩中的物理机制,分析了柔性羽毛各向异性的力学性质与抑制附面层转捩之间的内在联系,此外,项目组还研究了鸟类翅膀外形在减小诱导阻力中的物理机制,初步研究了鸟类羽毛透气性可能存在通过气动性能的原理,厘清了一些鸟类超强飞行能力的力学奥秘。项目在探索自然奥秘、发展数值模拟方法、尤其是发展高精度流固耦合数值计算方法方面取得了一系列成果,在国内外学术刊物上发表论文8篇。为下一步研制一种减阻柔性壁面材料提供坚实的理论基础,为未来飞行器和其它高速航行器的壁面减阻探索了新的途径。
内流道壁面结构的流固耦合性质及其影响机制
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批准号:11732013
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项目类别:重点项目
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资助金额:320.0万元
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批准年份:2017
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负责人:叶正寅
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依托单位:
火箭发动机喷管中流固耦合的力学行为及其影响
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批准号:11272262
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项目类别:面上项目
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资助金额:90.0万元
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批准年份:2012
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负责人:叶正寅
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依托单位:
尾翼抖振抑制新方法探索研究
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批准号:11072199
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2010
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负责人:叶正寅
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依托单位:
机翼弹性振动对机翼流场和性能的影响机制
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批准号:10872171
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项目类别:面上项目
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资助金额:46.0万元
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批准年份:2008
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负责人:叶正寅
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依托单位:
翼型弹性振动对流场结构的影响
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批准号:10572120
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项目类别:面上项目
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资助金额:36.0万元
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批准年份:2005
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负责人:叶正寅
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依托单位:
含分离流翼型的流固耦合力学性质研究
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批准号:10372085
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2003
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负责人:叶正寅
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依托单位:
翼型失速颤振的基本性质研究
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批准号:19972057
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项目类别:面上项目
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资助金额:17.0万元
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批准年份:1999
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负责人:叶正寅
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依托单位:
国内基金
海外基金