Численное моделирование пропульсивных характеристик движителей с упругим машущим крылом на основе современных методов вычислительной гидродинамики

• Автор: Тарасов, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Содержание
Содержание
Список сокращений и обозначений
Список таблиц
Список иллюстраций
Введение
Актуальность исследования
Цель и задачи исследования
Методы исследования
Научные результаты, выносимые на защиту, и их новизна
Обоснованность и достоверность результатов исследования
Личный вклад автора
Теоретическая и практическая значимость работы
Соответствие диссертации паспорту научной специальности
Апробация результатов исследования
Реализация и внедрение результатов исследований
Публикации
Объем и структура диссертации
Глава 1. Обзор современного состояния проблемы
1.1 Анализ гидробионических наблюдений
1.2 Анализ экспериментальных исследований машущих движителей
1.3 Анализ литературы в области математического моделирования машущего крыла
1.3.1 Невязкое обтекание машущего крыла
1.3.2 Вязкое обтекание машущего крыла
1.3.3 Обтекание упругого крыла
1.4 Область применения аппаратов с бионическими движителями
1.5 Применение активных материалов в качестве привода
1.5.1 Применение ИМПК
1.5.2 Применение МПФ
1.6 Выводы
Глава 2. Постановка задачи и выбор расчетного метода
2.1 Постановка задачи
2.1.1 Характеристические числа задачи
2.1.2 Кинематические параметры задачи
2.1.3 Гидродинамические характеристики обтекания крыла
2.1.4 Схема привода на основе материала с памятью формы
2.2 Математическая модель трехмерного турбулентного
течения
2.2.1 Прямое численное моделирование
2.2.2 Уравнения осредненного движения
2.2.3 Метод моделирования крупных вихрей
Подсеточная модель Смагоринского
2.2.4 Выводы
2.3 Математическая модель упругости профиля
2.4 Модель привода на основе материала с памятью формы
2.4.1 Упрощенная физически обоснованная модель материала
с памятью формы
2.5 Численная реализация
2.5.1 Дискретизация определяющих уравнений
Метод конечных разностей
Метод конечных объемов
Метод конечных элементов
2.5.2 Разбиение расчетной области на элементы
Регулярные сетки
Блочные сетки
Неструктурированные сетки

2.5.3 Решение уравнений Навье-Стокса для несжимаемой
жидкости
Метод завихренности и функции тока
Проекционные методы и метод коррекции давления
Метод искусственной сжимаемости
2.5.4 Решение уравнений в области с подвижными границами
Методы с неподвижной сеткой. Эйлеровы методы
Методы с подвижной сеткой. Лагранжево-Эйлеровы методы
2.5.5 Выводы
Глава 3. Численная реализация и верификация разработанного метода
3.1 Математическая модель упругого машущего движителя
Гидродинамическая модель
Упругая модель
Модель активного материала
3.2 Дискретизация по пространству
3.2.1 Метод конечных объемов для уравнений Навье-Стокса
Конвективные слагаемые системы уравнений Навье-Стокса
Диффузионные слагаемые системы уравнений Навье-Стокса
3.2.2 Метод конечных объемов для уравнений деформации
профиля
3.2.3 Полиномиальная аппроксимация переменных
Аппроксимация переменных в трёхмерном случае
Обеспечение монотонности при помощи ограничивающего
множителя
Аппроксимация производных
3.2.4 Учёт граничных условий в полиномиальной
аппроксимации
Учет граничных условий Дирихле
Учёт граничных условий Неймана
3.3 Дискретизация по времени
3.4 Метод деформации подвижной расчетной сетки
3.5 Алгоритм решения гидроупругой задачи
Рис. 2. Вихревая дорожка Кармана, создающая сопротивление
Одновременно с экспериментальными исследованиями фон Кармана, Garrick применил теорию плоской пластины [153] для вычисления силы тяги крыла в своей работе [89] (которая на западе считается классической). Он показал, что при чисто вертикальных колебаниях крыло создает тягу на всем диапазоне частот, тогда как при угловых колебаниях нличие тяги зависит от частоты и расположения оси вращения.
Келдыш М.В., Лаврентьев М.А.[22], Хаскинд М.Д., Седов Л.И. [57], применили нестационарную теорию крыла для исследования возникновения