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稳定滑翔翼附近的流动—从《鸟类飞行原理》中学到的关键

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:理解鸟翼和空气间相互作用的唯一途径就是在自由飞行中定量观察鸟翼上的空气流动情况。在水中使用DPIV的技术要求相对较低,主要因为在相同的雷诺数下流速较慢,并且更易用中性浮力颗粒来显示流动。在与空气试验具有相同雷诺数的水中,鸟翼或者鸟翼的一部分模型会提供一个准确的流动速度和方向。大型海洋鸟类具有长翼并适用于常规原则。我们用快速翼型来说明滑翔鸟类的前缘涡流的用途。

稳定滑翔翼附近的流动—从《鸟类飞行原理》中学到的关键

理解鸟翼和空气间相互作用的唯一途径就是在自由飞行中定量观察鸟翼上的空气流动情况。兰德风洞试验表明,理想的试验虽然尚未完成,但是具有可行性。

我们用水替代空气利用数字粒子图像测速(DPIV)技术来量化流动现象(Stamhui,Videler,1995;Stamhuis,et al.,2002)。在水中使用DPIV的技术要求相对较低,主要因为在相同的雷诺数下流速较慢,并且更易用中性浮力颗粒来显示流动。我们的水洞有一个长50 cm的测试段,横截面为25 cm×25 cm。再循环的流动由使其通过多个矫直结构而形成,并将流速控制在0~1 m·s-1。在水中用直径约为50μm的中性浮力聚氯乙烯(PVC)颗粒显示水体流动。在与空气试验具有相同雷诺数的水中,鸟翼或者鸟翼的一部分模型会提供一个准确的流动速度和方向。此时我们得到的结果近似于真实情况。

通过这种方法,我们可以表明滑翔鸟类的翅膀可以通过至少两种流动模式保持飞行:普通的附着流动和前缘涡流(LEV)。为了研究普通的附着流动,我们详细研究了一个具有圆形前缘和锋利尾翼的鸟其翼部之间的相互作用。在第2章中我们看到大多数鸟类的臂翼显示出一种横截面轮廓。大型海洋鸟类具有长翼并适用于常规原则。(www.xing528.com)

前缘涡流很有可能是由大部分的臂翼产生,因为横截面具有锋利的前缘(见第2章),臂翼可以很容易地保持在后掠位置,并且大多数鸟类容易改变臂翼的迎角。

我们用快速翼型来说明滑翔鸟类的前缘涡流的用途。另一个具有可变后掠角的快速翼型显示了当后掠角逐渐增加时,普通流动模式如何渐变成前缘涡流,以及这两种模式如何能同时存在于具有适当后掠臂翼的翅膀上。

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