人才培养

工程力学

飞鱼水面滑跑起飞的流体动力学研究

舒睿申

专业名称:工程力学(强基计划)
指导教师:胡文蓉
毕业去向:本校动力工程与工程热物理专业直博
在校期间学术成果或科创实践成果:发表EI论文1篇(共同第一作者),2023年中国国际大学生创新创业大赛金奖,2024年第44期本科生研究计划(PRP)优秀项目,第二十八期澳门新浦新京5197网站大学生创新实践计划项目结题

项目概述

本项目以飞鱼水面滑跑起飞过程为研究对象,基于 OpenFOAM 进行三维气–液两相流数值模拟。研究设置近自由面滑翔、静水自由面滑跑和波浪自由面迎浪滑跑等工况,分析自由液面、尾鳍摆动和波浪相位对飞鱼受力响应及尾后流场结构的影响。

项目创新点

(1)对比分析了飞鱼在空中及近自由面滑翔、在静水自由面滑行与滑跑,揭示了飞鱼静水滑跑的流体动力学机理

(2)对比分析了上浪和下浪的迎浪滑跑,揭示了飞鱼迎浪滑跑的流体动力学机理

项目成果及应用前景

研究表明,飞鱼尚未接触水面时,自由液面已会改变近体压力分布和尾迹结构;尾鳍周期性摆动可使静水滑跑由被动阻滞转变为主动推进,并增强垂向支撑和载荷波动;波浪相位的引入通过改变局部自由液面形态,调制界面扰动与载荷响应。

相关结果可为仿生水空跨介质航行器的近自由面布局、尾部推进方式、载荷裕度和波浪环境适应性设计提供流体动力学参考。

图 1 飞鱼水面滑跑起飞及其对跨介质航行器滑行起飞的仿生启发

图2 代表性数值模拟结果(a)静水滑跑工况Q准则涡结构(b)波浪迎浪滑跑工况自由液面响应

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