拍動翼動力學分析與應用

目錄 
《博士后文庫》序言 
自序 
前言 
第1章 緒論 1 
1.1 拍動翼的研究意義 1 
1.2 古代拍動翼仿生的探索與應用 2 
1.2.1 我國古代飛行的例證 2 
1.2.2 早期的飛行事故與警示 3 
1.3 當代拍動翼研究經典實例 6 
1.3.1 拍動鰭的水下推進 6 
1.3.2 仿生拍動翼飛行器研究 14 
1.4 當前拍動翼動力學研究與挑戰(zhàn) 17 
1.5 本書的主要內容 18 
第2章 生物運動器官構造與拍動翼運動特點 19 
2.1 水游類生物的鰭構造與運動特點 19 
2.1.1 魚身與魚鰭構造 20 
2.1.2 魚運動分類與運動規(guī)律 23 
2.2 飛行類動物翼的構造與特點 28 
2.2.1 鳥類的特點 28 
2.2.2 蝙蝠 32 
2.2.3 昆蟲類翼的特點 33 
2.3 拍動翼仿生的問題與挑戰(zhàn) 36 
第3章 拍動翼的流體動力學模型 38 
3.1 機翼分析理論簡介 39 
3.1.1 勢流理論方法 39 
3.1.2 黏性流體力學方法 40 
3.2 坐標系與拍動翼的運動描述 43 
3.2.1 單個拍動翼的運動方程 43 
3.2.2 并列雙翼的運動方程 43 
3.2.3 串列拍動翼運動描述 44
3.2.4 有效攻角與運動模式 45 
3.3 基于理想流體力學的邊界元分析 46 
3.3.1 單個拍動翼的控制方程與邊界值問題 46 
3.3.2 雙拍翼的邊界積分方程 50 
3.3.3 拍動翼的首緣渦分離的考慮 51 
3.3.4 邊界元數值計算結果的驗證 52 
3.4 基于黏性流體力學的數值計算 53 
3.4.1 控制方程 53 
3.4.2 單拍動翼的 CFD 網格與算法選擇 54 
3.4.3 串列翼的網格與算法選取 56 
3.4.4 重疊網格技術 58 
第4章 拍動翼的推進動力學分析 61 
4.1 單個拍動翼的推進性能 62 
4.1.1 機翼定常運動分析 64 
4.1.2 推進運動模式 65 
4.1.3 制動模式 68 
4.1.4 飛行模式 70 
4.2 拍動翼的自由面效應 74 
4.2.1 機翼的自由面效應及輻射、繞射水動力學分析 75 
4.2.2 水翼在淺水域的興波與水動力 84 
4.2.3 拍動翼在波浪中的推進性能分析 98 
4.3 雙拍動翼的推進性能 111 
4.3.1 串列拍動翼的推進性能與渦干擾 111 
4.3.2 對拍雙翼的推進特性分析 121 
第5章 拍動翼的能量采集特性 124 
5.1 單個拍動翼的能量采集性能分析 126 
5.1.1 拍動翼勢流理論分析 126 
5.1.2 拍動能量采集的渦分離與 CFD 模擬 130 
5.1.3 拍動翼實驗研究 136 
5.2 自由面及水底效應 142 
5.2.1 自由面效應 142 
5.2.2 底部壁面效應 143 
5.2.3 淺水域水深的影響 144 
5.3 雙翼能量采集與渦干擾特性 146 
5.3.1 雙翼并列布置的水動力干擾 146
5.3.2 串列拍動翼的能量采集與渦干擾 150 
5.3.3 串列拍動翼的 CFD 數值模擬與邊界元方法計算的比較 155 
第6章 拍動翼在工程中的應用 159 
6.1 拍動翼裝備的設計 160 
6.1.1 總體框架與造型 160 
6.1.2 運動機構形式 161 
6.2 基于拍動翼的新概念設計 164 
6.2.1 仿生拍動翼推進的水下航行器概念設計 164 
6.2.2 內河船舶的對拍翼推進 166 
6.2.3 長航程拍動翼飛行器 167 
6.2.4 助推減搖陣列翼 168 
6.2.5 蛙人助推器 170 
6.2.6 仿生海龜 171 
6.2.7 柔性波動翼推進的仿生烏賊 172 
6.2.8 仿生海鷗 174 
6.2.9 仿蜻蜓飛行器 175 
6.2.10 聯軸拍動翼的能量采集方案 176 
6.2.11 軌道控制攻角的垂直軸輪機 177 
6.2.12 串列拍動翼輪機設計 179 
參考文獻 181 
編后記 192