[0001] 本发明涉及计算机辅助分析工程技术领域，具体涉及一种基于仿真软件的柔性机身扑翼飞行器气动数值仿真方法。

[0002] 扑翼飞行器具有高升阻比、低速高效、灵活性强等特点，在环境检测、侦察和监视、搜救和救援等多种领域有极高的应用前景。现有的扑翼飞行器设计往往依赖于刚性电路板，这种设计可能会限制其灵活性和适应性。柔性机身在扑翼飞行器设计中的应用可以提供更大的自由度，使得翼面形状和扭曲能够根据需要进行调整。这种灵活性可以改善飞行性能，提高机动性和操纵性。

[0003] 现有技术大多应用刚性体机身；模型复杂，前期固体域处理步骤繁琐；在进行流体域网格划分时，没有进行适当的区域划分，考虑与实际结合误差较大；无关区域网格占比大，计算量大，计算精度差；连接复杂，导致动网格计算量大，在部分区域会出现网格割裂；没有明确简化网格数量，简化计算的方式的缺陷。

[0050] 下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：

[0051] 参阅图1‑15，一种基于仿真软件的柔性机身扑翼飞行器气动数值仿真方法，包括以下步骤：

[0052] 步骤1：几何建模；使用三维建模软件创建柔性机身扑翼飞行器的几何模型；

[0053] 步骤2：流场模拟设置和网格划分；将柔性机身扑翼飞行器的几何模型导入到仿真软件的流体仿真模块中，在流场模拟中建立流体域和定义边界条件；将流体域和柔性机身扑翼飞行器之间建立相应的耦合边界条件，实现流固耦合模拟；使用网格划分工具对柔性机身扑翼飞行器进行网格划分，使用数学函数编译进行动态网格控制；

[0054] 步骤3：固体域求解；使用瞬态分析模块对柔性机身扑翼飞行器进行有限元建模，使用仿真软件力学模块求解器对柔性机身扑翼飞行器的静力学和动力学行为进行求解，获得柔性机身扑翼飞行器的变形和振动响应；

[0055] 步骤4：运动模拟和耦合求解；在流体仿真模块中采用动态网格技术，将柔性机身扑翼飞行器的柔性机身的变形信息传递给流场模拟；通过耦合边界条件将流场模拟中的流场和柔性机身的响应相互影响进行双向流固耦合求解；求解后得到仿真结果。

[0056] 参阅图3，所述步骤1包括：

[0057] 步骤1.1：利用Solidworks对所述柔性机身扑翼飞行器的蝴蝶翅膀进行几何模型的建立；

[0058] 步骤1.2：再对所述柔性机身扑翼飞行器的柔性体机身进行几何模型的建立；

[0059] 步骤1.3：根据柔性机身扑翼飞行器的零部件的相互关系建立装配体，生成step文件导出；

[0060] 所述步骤2包括：

[0061] 步骤2.1：将步骤1.1的装配体导入仿真软件的几何模块，根据流体力学理论及相关经验公式确定计算域大小，创建外流场；

[0062] 步骤2.2：对外流场进行分割以降低无关网格数量；

[0063] 步骤2.3：选中外流场和柔性机身扑翼飞行器，保留柔性机身扑翼飞行器部分，得到流体域，在流体域和固体域之间创建流固交界面；

[0064] 步骤2.4：抑制已经生成的固体域，对流体域的入口和出口进行设置，插入扫掠网格，选中步骤2.3创建的流体域；对流固交界面进行精细的网格划分避免负体积的产生；生成流体域网格；

[0065] 步骤2.5：流体域求解设置；进行网格缩放、质量检查，将求解设置为瞬态，选择压力场；设置物理模型为SST k‑omega；定义流体材料类型；设置边界条件，选择入口类型为速度入口，设置来流速度；选择出口类型为压力出口；指定动网格参数，选择流固耦合交界面类型，根据网格节点的变化使用重划模型和光滑模型进行计算和更新网格；设置求解方法，根据模型调整松弛因子；初始化设置仿真软件的流体域模块。

[0066] 参阅图4‑7，具体的是利用仿真软件Ansys Workbench；将步骤1.1的装配体导入“Geometry”模块，根据流体力学理论及相关经验公式确定计算域大小，通过工具栏中的“Enclosure”创建外流场。再通过创建“slice”对流场进行分割以降低无关网格数量。通过创建“boolean”选中其中的“subtract”选中外流场和柔性机身扑翼飞行器，保留柔性机身扑翼飞行器部分，得到流体域，在流体域和固体域之间创建流固交界面。接着打开Fluent Mesh模块，点击“suppress”抑制已经生成的固体域，将流体域入口设置为“inlet”，出口设置为“outlet”，击“mesh”插入sweep扫掠网格，选中创建的流体域；插入Face Sizing对流固交界面进行精细的网格划分避免负体积的产生；点击“generate mesh”生成流体域网格。最后，流体域求解设置；打开Fluent模块的set up，在general面板中进行网格缩放、质量检查，将求解设置为瞬态“Transient”，选择压力场；点击“Models”设置物理模型为SST k‑omega；定义流体材料为“air”；设置边界条件，选择“inlet”类型为速度入口，设置来流速度；选择“outlet”类型为压力出口；指定动网格参数，选择流固耦合交界面，选择类型为System coupling，根据网格节点的变化使用Remeshing和Smooth更新网格；设置求解方法“coupled”，根据模型调整松弛因子；初始化设置，选择“all‑zone”，初始化后退出Fluent模块。

[0067] 所述步骤3包括：

[0068] 步骤3.1：根据模型实际材料编辑材料属性导入材料；将流体域抑制，对柔性机身扑翼飞行器的柔性体机身进行定义及材料赋予；

[0069] 步骤3.2：创建铰接；创建流固耦合交界面；给柔性机身扑翼飞行器的机翼赋予扑动运动参数；建立固定支撑；

[0070] 步骤3.3：创建网格，对柔性机身扑翼飞行器的机身采用扫掠网格划分，机翼采用自动网格划分；

[0071] 步骤3.4：在仿真软件力学模块求解器中创建柔性机身扑翼飞行器柔性机身的总变形；再创建柔性机身扑翼飞行器整体的总变形。

[0072] 参阅图8‑11，具体为打开transient structure的材料库，根据模型实际材料编辑材料属性导入材料；点击“Model”，点击“suppress”将流体域抑制，对柔性机身扑翼飞行器的柔性体机身进行定义及材料赋予。再点击“connection”插入joint创建铰接；创建流固耦合交界面；给柔性机身扑翼飞行器的机翼赋予扑动运动参数；建立固定支撑。之后创建网格，对柔性机身扑翼飞行器的机身采用“sweep method”网格划分，机翼采用“Automatic method”网格划分。最后，在solution中创建飞行器机身的Total Deformation；创建飞行器整体的Total Deformation。

[0073] 所述步骤4包括：

[0074] 步骤4.1：系统求解设置；通过流体域的流固交界面和固体域的流固交界面，建立数据传递形式；使用耦合求解器进行耦合计算。

[0075] 参阅图12‑13，具体为进行系统求解设置；打开system coupling的set up，通过流体域的流固交界面和固体域的Fluid Solid Interface，建立数据传递形式；点击“Update Project”进行耦合计算。

[0076] 求解完成后，点击流体仿真模块的结果和瞬态结构模块的模型，查看所得到仿真结果并保存。

[0077] 参阅图14‑15，步骤5：后处理和评估：使用Ansys Fluent和transient structure的后处理工具对仿真结果进行分析和评估；根据仿真结果，对柔性机身扑翼飞行器的设计进行优化。

[0078] 所述步骤5包括：

[0079] 步骤5.1：打开Fluent模块面板下的“Result”，在操作树中展开Graphics，点击“Contours”创建柔性机身扑翼飞行器表面压力云图；点击“Forces”选中所创建的流固耦合交界面，点击“Print”获得柔性机身扑翼飞行器表面压力云图的报告；

[0080] 步骤5.2：打开Transient structure面板下的Solution，打开Total Deformation得到柔性机身扑翼飞行器的应力变化结果。

[0081] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。