题目：流固耦合作用下的柔性翼型流动机理研究

传统的翼型在一定的气流攻角范围内具有优良的升力特性和升阻比特性，当攻角超过临界值后气流将发生分离，严重时升力骤降，翼型进入失速状态。而在自然界中，鸟类、昆虫等飞行生物为适应多变的大气环境，通过翅膀的变形实现对升力的捕捉和控制,从而表现出超强的飞行能力。基于仿生空气动力学的研究，得知翼型的主动或被动形式的柔性变形可以使流动更加有序，是未来新型智能飞行器及叶轮机械叶片气动调节的主要发展方向。

柔性翼型是一种新型的可变形翼型，相对于常规刚性翼型，柔性翼型通过主动控制规律或是完全被动的变形，来适应不同来流工况的流动，具有很好的自适应能力和优越的气动性能，因此成为很多科研工作者研究的焦点。本文针对可自适应性变形的柔性翼这一研究方向，首先回顾、总结了促使人们研究柔性翼的源泉—飞行生物的高升力机制。然后介绍了国内外关于柔性翼（主动变形和被动变形）的研究进展及取得的成果，并对振荡翼型和被动变形的柔性翼型对流动的控制机理开展了相应的研究，主要进行了以下三方面的研究工作：

一、为了分析主动控制的翼型对流动的影响，对振荡翼型进行了气动特性的研究。通过对平均攻角、振荡幅值等参数进行研究，得到了振荡翼型提高翼型平均升力系数的振荡规律。同时结合振荡过程中旋涡的发展、运动，得知当振荡过程中最小攻角对应静态翼型轻失速攻角时，翼型上仰阶段前缘涡的产生和集中涡的稳定附着是平均升力系数大幅度阶跃式提升的原因，另外，静态翼型与振荡翼型的组合可提高升力并拓宽翼型高升力攻角范围。

二、为了深入研究柔性翼型结构和周围流体之间的耦合问题及完全被动变形对翼型气动性能的影响，利用计算流体动力学（CFD）和计算结构动力学（CSD）耦合求解，对不同分布形式的分段柔性翼型进行了双向流固耦合计算分析。通过对比分析分段形式、柔性变形运动对翼型升阻力特性和流动机制的影响，可知上翼面分段柔性结构比刚性翼型具有更大的失速攻角和最大升力系数，具有明显延缓失速的特征。柔性段的变形运动所形成的小涡可以起到“流体滚动轴承”效应，增强流体附体流动的能力，同时柔性段的“鼓起”变形可以挤压分离区，减小分离涡的影响，从而使柔性翼型表现出优越的气动性能。

三、通过对比分析两种柔度下的三段柔性翼型，对其进行了深入的流动机理分析。在对比分析旋涡运动、翼型柔度、变形量、振动频率等重要特征的基础上，得知较大的柔度有助于形成“流体滚动轴承”效应和“鼓起”压缩分离区效应，即柔性越大的翼型气动优势越明显。较小攻角下，前缘附近的变形对流场的影响较大；而大攻角下，靠后的柔性变形决定了柔性翼型的气动性能。各柔性段的振动频率随攻角而变化，但最终都锁定在尾缘下游的压力脉动频率上。