基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法
技术领域
1.本发明涉及飞行器领域，具体是一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法。
背景技术：
2.扑翼飞行器具有隐蔽性好、重量轻、飞行效率高等特点，在军民领域都有极高的应用前景。如德国festo公司研发的smartbird级别的具有主动扭转的扑翼飞行器，机翼较普通扑翼的机翼为刚性，通过主动控制外段机翼的扭转来产生推力和增加升力，具有较高的载重和续航能力。此类扑翼飞行器的飞行效率更高，设计的扑动机构更为复杂，现有的扑翼气动数值仿真方法无法精确适用于此类扑翼飞行器。因此，需要合适的仿真方法，而利用xflow等软件实现快速设置复杂的运动方式，采用无网格方法、基于粒子动力式解算器等新型计算形式符合此类扑翼飞行器的仿真需要，并且操作较简单，是一种较为理想的仿真方法。
技术实现要素：
3.本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法，可以对双段可主动扭转扑翼飞行器的空气动力情况进行精准预测，不需要进行动网格划分，极大的简化了操作步骤，计算精度高。
4.本发明提供了一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法，包括以下步骤：步骤1）确定扑翼机的几何外形，根据空气动力学理论和相关经验公式确定流场的计算域；步骤2）利用三维建模软件建立扑翼飞行器的特征模型；步骤3）确定扑翼的运动规律，列出运动方程，包括内段机翼扑动方程和外段机翼扑动方程以及外段机翼扭转运动方程；步骤4）在xflow中设置内外段机翼的参数，包括子父级关系、运动规律、求解器、风洞类型、仿真参数；步骤5）计算完成后，点击函数窗口和后处理窗口查看结果，得到仿真数据并保存。
5.进一步改进，步骤2）中所述的特征模型建立过程采用的软件为catia，具体步骤为：步骤2.1）模型创建；利用软件中的装配设计模块分别创建扑翼飞行器的内段机翼和外段机翼，原点为扑动机构带动内段机翼的位置坐标，再在此坐标系下的内段的机翼的外侧创建扑翼飞行器的外段机翼，内外段机翼分别属于两个不同零件，同时在同一装配体内；步骤2.2）导出模型；将内外段机翼这两个零件以stp格式分别导出，以便接下来导入xflow中进行仿真分析。
6.进一步改进，步骤3）中所述的确定扑翼机的运动规律，列出运动方程具体步骤如下：步骤3.1）确定机翼运动规律；主动扭转扑动飞行器一般是内段机翼只绕机身轴线转动形成上下扑动，外段机翼随内段机翼的扑动而运动，同时自身也会绕一轴扑动和绕另一轴转动，从而形成外段的扑动和扭转；另外外段机翼的扭转过程是上扑状态时迎角为正，下扑状态时迎角为负；在上下扑动转换点即最高点和最低点突变或是再扑动全程中的渐变。
7.步骤3.2）列出运动方程；内段机翼的运动方程近似为正弦函数，在正弦函数的基础上根据实际情况更改振幅以及频率，外段机翼相对于内段机翼是一分段函数，在上扑阶段是负迎角，下扑阶段是正迎角。
8.进一步改进，步骤4）中所述的参数设置过程具体步骤如下：步骤4.1）导入catia模型；打开xflow选择几何-输入新几何-catia模型，根据要求选择模型单位、模型坐标系；步骤4.2）设置求解器；在environment中的engine设置kernel为3d，flow model为single phase，analysis type为external，thermal model为isothermal；在wind tunnel中设置风洞尺寸和来流方向与速度函数；步骤4.3）设置流体材料特性。
9.步骤4.4）设置内外段机翼的子父级关系；将外段机翼设置为内段机翼的子几何；步骤4.5）设置运动方程；将内外段机翼的behaviour都设置为enforced，angles mode设置为euler angles；将步骤3）定义好的方程分别输入到angular laws中；步骤4.6）设置仿真参数；根据飞行器的尺寸与大致飞行速度设置仿真时间、时间步长、库朗数以及求解尺度；步骤4.7）全部设置完成后，点击run，开始运行。
10.进一步改进，步骤5）计算完成后，点击function viewer，右击鼠标选择需要观察的数据，数据生成后，右击导出数据。
11.本发明有益效果在于：1.本发明的气动计算方法虽然机翼是运动的但不需要进行动网格划分，极大的简化了操作步骤。
12.2.本发明的气动计算方法精确的模拟了主动扭转扑翼飞行器的运动过程，计算速度快，通过对比试验数据可看出计算结果准确性极高。
13.3.本发明可以对双段可主动扭转扑翼飞行器的空气动力情况进行精准预测。
具体实施方式
14.下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
15.本发明提供了一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法，包括以下步骤：步骤1）确定扑翼机的几何外形，根据空气动力学理论和相关经验公式确定流场的计算域；步骤2）利用三维建模软件建立扑翼飞行器的特征模型；
步骤3）确定扑翼的运动规律，列出运动方程，包括内段机翼扑动方程和外段机翼扑动方程以及外段机翼扭转运动方程；步骤4）在xflow中设置内外段机翼的参数，包括子父级关系、运动规律、求解器、风洞类型、仿真参数；步骤5）计算完成后，点击函数窗口和后处理窗口查看结果，得到仿真数据并保存。
16.进一步改进，步骤2）中所述的特征模型建立过程采用的软件为catia，具体步骤为：步骤2.1）模型创建；利用软件中的装配设计模块分别创建扑翼飞行器的内段机翼和外段机翼，原点为扑动机构带动内段机翼的位置坐标，再在此坐标系下的内段的机翼的外侧创建扑翼飞行器的外段机翼，内外段机翼分别属于两个不同零件，同时在同一装配体内；步骤2.2）导出模型；将内外段机翼这两个零件以stp格式分别导出，以便接下来导入xflow中进行仿真分析。
17.进一步改进，步骤3）中所述的确定扑翼机的运动规律，列出运动方程具体步骤如下：步骤3.1）确定机翼运动规律；主动扭转扑动飞行器一般是内段机翼只绕机身轴线转动形成上下扑动，外段机翼随内段机翼的扑动而运动，同时自身也会绕一轴扑动和绕另一轴转动，从而形成外段的扑动和扭转；另外外段机翼的扭转过程是上扑状态时迎角为正，下扑状态时迎角为负；在上下扑动转换点即最高点和最低点突变或是再扑动全程中的渐变。
18.步骤3.2）列出运动方程；内段机翼的运动方程近似为正弦函数，在正弦函数的基础上根据实际情况更改振幅以及频率，外段机翼相对于内段机翼是一分段函数，在上扑阶段是负迎角，下扑阶段是正迎角。
19.进一步改进，步骤4）中所述的参数设置过程具体步骤如下：步骤4.1）导入catia模型；打开xflow选择几何-输入新几何-catia模型，根据要求选择模型单位、模型坐标系；步骤4.2）设置求解器；在environment中的engine设置kernel为3d，flow model为single phase，analysis type为external，thermal model为isothermal；在wind tunnel中设置风洞尺寸和来流方向与速度函数；步骤4.3）设置流体材料特性。
20.步骤4.4）设置内外段机翼的子父级关系；将外段机翼设置为内段机翼的子几何；步骤4.5）设置运动方程；将内外段机翼的behaviour都设置为enforced，angles mode设置为euler angles；将步骤3）定义好的方程分别输入到angular laws中；步骤4.6）设置仿真参数；根据飞行器的尺寸与大致飞行速度设置仿真时间、时间步长、库朗数以及求解尺度；步骤4.7）全部设置完成后，点击run，开始运行。
21.进一步改进，步骤5）计算完成后，点击function viewer，右击鼠标选择需要观察的数据，数据生成后，右击导出数据。
22.本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于
本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
技术领域
1.本发明涉及飞行器领域，具体是一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法。
背景技术：
2.扑翼飞行器具有隐蔽性好、重量轻、飞行效率高等特点，在军民领域都有极高的应用前景。如德国festo公司研发的smartbird级别的具有主动扭转的扑翼飞行器，机翼较普通扑翼的机翼为刚性，通过主动控制外段机翼的扭转来产生推力和增加升力，具有较高的载重和续航能力。此类扑翼飞行器的飞行效率更高，设计的扑动机构更为复杂，现有的扑翼气动数值仿真方法无法精确适用于此类扑翼飞行器。因此，需要合适的仿真方法，而利用xflow等软件实现快速设置复杂的运动方式，采用无网格方法、基于粒子动力式解算器等新型计算形式符合此类扑翼飞行器的仿真需要，并且操作较简单，是一种较为理想的仿真方法。
技术实现要素：
3.本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法，可以对双段可主动扭转扑翼飞行器的空气动力情况进行精准预测，不需要进行动网格划分，极大的简化了操作步骤，计算精度高。
4.本发明提供了一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法，包括以下步骤：步骤1）确定扑翼机的几何外形，根据空气动力学理论和相关经验公式确定流场的计算域；步骤2）利用三维建模软件建立扑翼飞行器的特征模型；步骤3）确定扑翼的运动规律，列出运动方程，包括内段机翼扑动方程和外段机翼扑动方程以及外段机翼扭转运动方程；步骤4）在xflow中设置内外段机翼的参数，包括子父级关系、运动规律、求解器、风洞类型、仿真参数；步骤5）计算完成后，点击函数窗口和后处理窗口查看结果，得到仿真数据并保存。
5.进一步改进，步骤2）中所述的特征模型建立过程采用的软件为catia，具体步骤为：步骤2.1）模型创建；利用软件中的装配设计模块分别创建扑翼飞行器的内段机翼和外段机翼，原点为扑动机构带动内段机翼的位置坐标，再在此坐标系下的内段的机翼的外侧创建扑翼飞行器的外段机翼，内外段机翼分别属于两个不同零件，同时在同一装配体内；步骤2.2）导出模型；将内外段机翼这两个零件以stp格式分别导出，以便接下来导入xflow中进行仿真分析。
6.进一步改进，步骤3）中所述的确定扑翼机的运动规律，列出运动方程具体步骤如下：步骤3.1）确定机翼运动规律；主动扭转扑动飞行器一般是内段机翼只绕机身轴线转动形成上下扑动，外段机翼随内段机翼的扑动而运动，同时自身也会绕一轴扑动和绕另一轴转动，从而形成外段的扑动和扭转；另外外段机翼的扭转过程是上扑状态时迎角为正，下扑状态时迎角为负；在上下扑动转换点即最高点和最低点突变或是再扑动全程中的渐变。
7.步骤3.2）列出运动方程；内段机翼的运动方程近似为正弦函数，在正弦函数的基础上根据实际情况更改振幅以及频率，外段机翼相对于内段机翼是一分段函数，在上扑阶段是负迎角，下扑阶段是正迎角。
8.进一步改进，步骤4）中所述的参数设置过程具体步骤如下：步骤4.1）导入catia模型；打开xflow选择几何-输入新几何-catia模型，根据要求选择模型单位、模型坐标系；步骤4.2）设置求解器；在environment中的engine设置kernel为3d，flow model为single phase，analysis type为external，thermal model为isothermal；在wind tunnel中设置风洞尺寸和来流方向与速度函数；步骤4.3）设置流体材料特性。
9.步骤4.4）设置内外段机翼的子父级关系；将外段机翼设置为内段机翼的子几何；步骤4.5）设置运动方程；将内外段机翼的behaviour都设置为enforced，angles mode设置为euler angles；将步骤3）定义好的方程分别输入到angular laws中；步骤4.6）设置仿真参数；根据飞行器的尺寸与大致飞行速度设置仿真时间、时间步长、库朗数以及求解尺度；步骤4.7）全部设置完成后，点击run，开始运行。
10.进一步改进，步骤5）计算完成后，点击function viewer，右击鼠标选择需要观察的数据，数据生成后，右击导出数据。
11.本发明有益效果在于：1.本发明的气动计算方法虽然机翼是运动的但不需要进行动网格划分，极大的简化了操作步骤。
12.2.本发明的气动计算方法精确的模拟了主动扭转扑翼飞行器的运动过程，计算速度快，通过对比试验数据可看出计算结果准确性极高。
13.3.本发明可以对双段可主动扭转扑翼飞行器的空气动力情况进行精准预测。
具体实施方式
14.下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
15.本发明提供了一种基于xflow的双段式主动扭转扑翼飞行器气动数值仿真方法，包括以下步骤：步骤1）确定扑翼机的几何外形，根据空气动力学理论和相关经验公式确定流场的计算域；步骤2）利用三维建模软件建立扑翼飞行器的特征模型；
步骤3）确定扑翼的运动规律，列出运动方程，包括内段机翼扑动方程和外段机翼扑动方程以及外段机翼扭转运动方程；步骤4）在xflow中设置内外段机翼的参数，包括子父级关系、运动规律、求解器、风洞类型、仿真参数；步骤5）计算完成后，点击函数窗口和后处理窗口查看结果，得到仿真数据并保存。
16.进一步改进，步骤2）中所述的特征模型建立过程采用的软件为catia，具体步骤为：步骤2.1）模型创建；利用软件中的装配设计模块分别创建扑翼飞行器的内段机翼和外段机翼，原点为扑动机构带动内段机翼的位置坐标，再在此坐标系下的内段的机翼的外侧创建扑翼飞行器的外段机翼，内外段机翼分别属于两个不同零件，同时在同一装配体内；步骤2.2）导出模型；将内外段机翼这两个零件以stp格式分别导出，以便接下来导入xflow中进行仿真分析。
17.进一步改进，步骤3）中所述的确定扑翼机的运动规律，列出运动方程具体步骤如下：步骤3.1）确定机翼运动规律；主动扭转扑动飞行器一般是内段机翼只绕机身轴线转动形成上下扑动，外段机翼随内段机翼的扑动而运动，同时自身也会绕一轴扑动和绕另一轴转动，从而形成外段的扑动和扭转；另外外段机翼的扭转过程是上扑状态时迎角为正，下扑状态时迎角为负；在上下扑动转换点即最高点和最低点突变或是再扑动全程中的渐变。
18.步骤3.2）列出运动方程；内段机翼的运动方程近似为正弦函数，在正弦函数的基础上根据实际情况更改振幅以及频率，外段机翼相对于内段机翼是一分段函数，在上扑阶段是负迎角，下扑阶段是正迎角。
19.进一步改进，步骤4）中所述的参数设置过程具体步骤如下：步骤4.1）导入catia模型；打开xflow选择几何-输入新几何-catia模型，根据要求选择模型单位、模型坐标系；步骤4.2）设置求解器；在environment中的engine设置kernel为3d，flow model为single phase，analysis type为external，thermal model为isothermal；在wind tunnel中设置风洞尺寸和来流方向与速度函数；步骤4.3）设置流体材料特性。
20.步骤4.4）设置内外段机翼的子父级关系；将外段机翼设置为内段机翼的子几何；步骤4.5）设置运动方程；将内外段机翼的behaviour都设置为enforced，angles mode设置为euler angles；将步骤3）定义好的方程分别输入到angular laws中；步骤4.6）设置仿真参数；根据飞行器的尺寸与大致飞行速度设置仿真时间、时间步长、库朗数以及求解尺度；步骤4.7）全部设置完成后，点击run，开始运行。
21.进一步改进，步骤5）计算完成后，点击function viewer，右击鼠标选择需要观察的数据，数据生成后，右击导出数据。
22.本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于
本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
再多了解一些
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