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仿生凹凸舵水动力性能研究

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失速是用来描述当机翼攻角增至某一临界值时,使得机翼本身所获得的升力突然下降的现象.失速现象的发生经常伴随着在机翼前缘漩涡的产生继而使边界层内流动发生分离的过程;漩涡通常产生于机翼的导边,并沿着翼表面运动、发展,最终在机翼的随边处发生脱落.机翼的失速性能与翼型、翼表面的形状有很大的关系;研究机翼失速现象,掌握漩涡产生、发展、脱落及边界层内流动发生分离的过程,对机翼的设计以提高升力及延迟失速现象的发生有非常重要的作用.本文通过对座头鲸的运动习性及座头鲸鳍的形态参数研究,确定基于NACA0020翼型进行开发,模仿座头鲸鳍的前缘形状,设计出了前缘带有凹凸结构的船用舵.对仿生凹凸舵的水动力性能进行相关的实验及数值模拟计算,并与普通前缘舵进行对比.结果表明:前缘凹凸结构对于漩涡的产生、发展、脱落及边界层流动分离有明显的扰动作用;在低攻角及过失速角时,前缘形状的改变对于升力的提升有较优良的表现;仿生凹凸舵升阻比曲线趋于平缓,并没有很明显的失速角.研究证明仿生凹凸舵较普通前缘舵有优良的水动力性能.

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