基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114132483A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111328483.4(22)申请日2021.11.10(71)申请人大连海事大学地址116026辽宁省大连市高新园区凌海路1号(72)发明人卢雨李子莹常欣刘社文顾朱浩(74)专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人何圣斐李洪福(51)Int.Cl.B64C3/38(2006.01)B64C3/28(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法(57)摘要本发明涉及一种基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法，本方法将仿生学与曲线参数化相结合，将座头鲸鳍特有的前缘凹凸结构应用于三维机翼前缘。针对大攻角下发生失速的运动状态，达到减阻和增升延缓失速角的目的；即依据参数化的指数衰减曲线控制标准三维光滑机翼前缘变形得到类似座头鲸鳍前缘凹凸结构，获得的前缘凹凸三维机翼可以有效延缓失速角，改善气动性能。本发明可以广泛适用于航空、航天、航海及工业能源动力领域的舵片与叶轮机。CN114132483ACN114132483A权利要求书1/1页1.基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：S1：根据实际要求，对比捕捉到的海洋生物座头鲸鳍状肢前缘凹凸结构形状构建指数衰减曲线进行近似设计；S2：确定标准截面形状，选用近似于座头鲸鳍的NACA0020翼型，将其在展长方向上进行拉伸得到原始三维机翼；S3：将步骤S1得到的指数衰减曲线组合施加于步骤S2中得到的原始三维机翼，通过指数衰减曲线的参数变化实现对原始三维机翼前缘的控制变形。2.根据权利要求1所述的基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法，其特征在于：所述步骤S1中，指数衰减曲线的定义如下：指数衰减曲线在x方向上以正弦函数方式前进，y方向定义为指数衰减函数，式中：A、E、T三个设计变量代表振幅、衰减和周期；Z为方向控制曲线的高度；根据展长范围以及座头鲸鳍前缘凹凸形式定义z方向上设置两条指数衰减曲线；应用F‑spline对两条指数衰减曲线进行连接，确保曲线光顺性，最终将两条指数衰减曲线结合得到指数衰减曲线组合。3.根据权利要求1所述的基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述原始三维机翼的二维翼型为NACA0020，其弦长c为0.1m，将其作为翼根在展长方向上进行拉伸得到原始三维机翼，且原始三维机翼为梯形三维机翼，其根梢比为2：1，展弦比值为3.5。4.根据权利要求2所述的基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法，其特征在于：所述步骤S3的具体过程如下：将指数衰减曲线组合采用delta‑shift控制变形方法施加于原始三维机翼前缘，得到三维仿生机翼；根据指数衰减曲线组合中的三组特征参数的变化得到不同形态的具有前缘凹凸特征的三维仿生机翼；根据优化算法得到最优三维仿生机翼。5.根据权利要求4所述的基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法，其特征在于：所述指数衰减曲线组合的特征参数与指数衰减曲线的设计变量A、E、T对应；组合中第一条指数衰减曲线的特征参数为A01、E01、T01，第二条指数衰减曲线的特征参数为A02、E02、T02。6.根据权利要求5所述的基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法，其特征在于：所述最优三维仿生机翼的指数衰减曲线组合中的三组特征参数A01、A02、E01、E02、T01、T02的取值分别为：1.156、2.406、1.84、1.626、4.314、5.60。2CN114132483A说明书1/3页基于指数衰减曲线前缘变形的仿生机翼参数化变形方法技术领域[0001]本发明涉及能源动力技术领域，尤其涉及一种基于指数衰减曲线的参数化仿生机翼前缘变形方法。背景技术[0002]随着全球化以及世界经济的发展，交通运输工业成为现代社会赖以运行和发展的基础，已经成为全世界能源消耗与增长最快的行业。面对与日俱增的环境保护意识，以及产业结构愈加成熟和发展的运输市场，机翼形态作为在航空、航海以及船舶等工程领域中的基础研究对象，机翼性能的优劣将直接影响机械设备性能的好坏，空气动力性能对性能和经济有重大影响。此外，以机翼为基础的机械设备，其运行工况常常面对大攻角或超过失速角。失速是翼型大攻角绕流中一种常见的现象，机翼表面发生流动分离，导致升力系数快速下降，阻力系数快速升高，致使翼型性能大幅度下降。[0003]自然科学领域发现为了实现快速、灵活的捕食猎物，海洋生物座头鲸在捕食中完成较小的转弯半径，能够表现出优秀的转向能力。因此座头鲸在高攻角下具有