Numerical Investigation of Unsteady Aerodynamic Effects on Thick Flatback Airfoils
本文用计算流体力学方法研究了厚平板翼型的非定常流动特性。选择了具有35%最大厚度和三种不同后缘厚度的Sandia翼型。与现有的实验数据相比，计算在升力曲线和后缘厚度的影响方面提供了良好的结果。非定常CFD模拟表明，Strouhal数被发现是独立的升力系数失速前，并增加与后缘。本工作显示了斯特劳哈尔数和尾流发展对后缘厚度的依赖性。通过考虑小迎角时的后缘分离，给出了平背翼型Strouhal数定义的建议。本文详细讨论了厚平背翼型的非定常特性。
2017-05-11 physics.flu-dyn
State-space model identification and feedback control of unsteady aerodynamic forces
非定常气动力模型对于精确地模拟力和开发敏捷运动中的机翼的反馈控制器是必要的;然而，这些模型通常是高维的或与现代控制技术不兼容。近年来，通过线性化离散的带有升力输出的纳维-斯托克斯方程，发展了俯仰和俯仰翼型的降阶非定常气动力模型。在这项工作中，我们扩展这些降阶模型，包括多个输入（俯仰，暴跌，浪涌）和明确的参数化俯仰轴的位置，Theodorsen的模型的启发。接下来，我们将研究系统识别技术在输入-输出数据中的天真应用以及由此产生的陷阱，例如不稳定或不准确的模型。最后，鲁棒反馈控制器构造基于这些低维状态空间模型的模拟刚性平板在雷诺数100。对在基本迎角$α_0=0^\circ, α_0=10^\circ$和$α_0=20^\circ$线性化的模型实施各种控制器。由此产生的控制律能够跟踪一个积极的参考升力轨迹，同时衰减传感器噪声和补偿强非线性。
2014-01-07 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamic theory and experiments of hovering membrane wings
University of South Florida（南佛罗里达大学）；Brown University（布朗大学）
本研究通过结合理论与实验，提出一种用于高攻角悬停膜翼不稳气动响应的理论模型，验证了膜片变形对升力的预测能力。
2025-12-08 physics.flu-dyn
Unsteady airfoil aerodynamics in attached flow: From unsteady thin airfoil theory to wind turbine application
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
该研究针对风力机附着流非定常空气动力学，将其转化为BEM、LL、AL方法的气动力系数，经案例验证可提升计算精度，明确了关键建模选择与误差来源。
2026-08-31 physics.flu-dyn
Modern aerodynamics models do not capture important unsteady forces--the failure of the quasi-steady approximation
Princeton University（普林斯顿大学）
本研究发现准稳态近似法在宽频率范围内失效，传统模型会显著低估现代大型风力涡轮机叶片的载荷，尤其是失速工况附近。
2026-08-14 physics.flu-dyn
Minimum-domain impulse theory for unsteady aerodynamic force
我们扩展了非定常空气动力学的冲量理论，从经典的整体形式到有限域形式，再到最小域形式，从不可压缩流到可压缩流。对于不可压缩流，最小域脉冲理论提出了Li和Lu的发现（J.Fluid Mech.，七一二：598 - 613，2012）的定理：具有离散尾流的整个力完全由仅那些仍然连接到主体的涡旋结构的脉冲的时间速率以及捕获所有其余断开的涡旋结构的贡献的其兰姆矢量积分来确定。对于可压缩流，我们发现由Huang（Unsteady Vortical Aerodynamics.上海交通大学出版社，1994），可以推广到具有任意有限区域，但公式繁琐，一般情况下，动量旋度不再具有离散结构，因此不存在最小区域理论。然而，非定常涡量场仅作为横向过程的量度，仍可能存在离散尾迹。这导致了一个最小域的可压缩涡量矩理论的密度加权涡（但它是超越了经典的概念的冲动）。这些新的发现和应用已被我们的数值实验所证实。这些结果不仅为理论与计算-实验的广泛应用开辟了一条途径，而且揭示了一个物理真理，即在计算力和力矩时不再需要考虑所有的尾流涡结构。
2017-10-23 physics.flu-dyn
A novel unsteady aerodynamic Reduced-Order Modeling method for transonic aeroelastic optimization
在飞机设计中，由于迭代过程需要进行大量的气动弹性分析，因此在跨音速气动弹性问题中的结构优化和不确定性量化在计算上是不切实际的。降阶模型（ROM）方法是一种新兴的跨音速气动弹性分析方法。然而，当前的ROM不能在迭代期间重用，因此时间成本仍然太大。本研究提出一种适用于任意模式转换的改良型ROM（ROM-AMS），不论设计变数如何变化，都可重复使用。ROM-AMS方法采用主成分分析，可以显着减少基振型数量，提高颤振分析的准确性。在优化算例中，裁剪三角翼的重量减少了28.46%，效率比传统ROM方法提高了900倍，验证了该方法在迭代设计过程中的可行性。
2018-05-21 physics.flu-dyn
On the unsteady aerodynamics of flapping wings under dynamic hovering kinematics
本文采用重叠网格与LES模拟Re~O(10^3)下刚性半椭圆翼的激进悬停扑动，揭示附加质量、尾流作用与LEV在不同阶段产生升力峰值的机制，并用扩展POD分离主导流动结构。
2024-08-06 physics.flu-dyn
Numerical Study on Interactional Aerodynamics of a Quadcopter in Hover with Overset Mesh in OpenFOAM
本文利用OpenFOAM重叠网格方法数值研究了四旋翼悬停时的旋翼-旋翼及旋翼-机身气动干扰，揭示了Ω形涡结构及8/rev推力变化的形成机制，为多旋翼飞行器设计提供依据。
2023-08-08 physics.flu-dyn
The Launch Dynamics of Supersonic Projectiles
弹丸从各种装置的身管中发射时，由于与周围非定常流场的相互作用，其气动特性十分复杂，本文采用动网格法对弹丸与激波相互作用的影响进行了计算研究。圆柱形和圆锥形射弹已被用来研究这种相互作用和这种流场的流体动力学。结果表明，弹丸对爆炸波的超驰作用对弹丸非定常气动特性的总体影响不受弹丸外形的影响。然而，它是注意到，弹丸的配置不影响非定常流结构，因此，阻力系数的圆锥形弹丸显示出相当大的变化，从圆柱形弹丸。详细分析了弹丸与二次激波相互作用时的气动特性。还观察到，在相互作用过程中的二次冲击波的特性的变化是不同的弹丸配置。采用粘性和无粘两种方法对弹丸的空气动力学特性进行了数值模拟。结果表明，粘性对弹丸气动特性的影响可以忽略不计，但粘性对弹丸周围的非定常流场结构有一定的影响。
2012-11-08 physics.flu-dyn
Unsteady lifting-line theory and the influence of wake vorticity on aerodynamic loads
频域非定常升力线理论（ULLT）提供了一种方法，通过这种方法可以在不忽略展弦比和振荡频率的相互影响的情况下，以低的计算费用研究振荡机翼的空气动力学。然而，对该方法的重新关注引起了对几个不确定性的注意。首先，尽管有理论上的限制，ULLT在多大程度上对矩形机翼实际有用？第二，为了保证精度，在外部解中需要复杂的尾流模型到什么程度？本文的目的是回答这些问题，提出了一个完整的ULLT的基础上的工作Sclavounos，随着一个新的ULLT，认为只有流向涡量和普朗特类准定常ULLT。这些相比，高保真欧拉计算流体动力学的情况下，矩形机翼在多个展弦比和振荡频率。这项工作的结果建立ULLT作为一个低计算成本的模型，能够占相互作用的有限翼和振荡频率的影响，并确定的展弦比和频率制度的三个ULLT是最准确的。这项研究铺平了道路建设的时域或数值ULLT可能会增加，以考虑非线性，如流动分离。
2021-10-27 physics.flu-dyn
Stochastic model for aerodynamic force dynamics on wind turbine blades in unsteady wind inflow
本文提出了一种估算非定常来流中风力机叶片上局部动态气动力的随机方法。这是通过将翼型的升力和阻力动力学的随机模型集成到空气动力学模拟软件AeroDyn中来完成的。该模型被添加为AeroDyn使用的叶素动量（BEM）尾流模型中静态查表方法的替代方法。随机力获得的转子叶片元素使用全场湍流模拟风数据输入，并与经典的边界元法和动态失速模型相同的条件下进行比较。比较表明，随机模型产生额外的扩展动力响应的局部力波动。此外，经典边界元法、动态失速模型和随机模型的结果在增量概率密度函数方面的统计比较给出了一致的结果。
2015-06-09 physics.data-an physics.flu-dyn
Aerodynamic Forces on a Wing Surfing in a Two-dimensional Vortex Wake
Brown University（布朗大学）
本研究通过风洞实验，利用PIV和力测量技术，揭示了二维涡旋尾涡中翼板的气动力变化规律，结合经典不稳定性气动学理论，有效预测了升力波动相位。
2025-12-09 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamic response of pitching airfoils represented by Gaussian body forces
针对大涡模拟中致动线方法高斯核宽度偏大、现有修正忽略展向脱落涡影响的问题，建立了考虑核宽度的展向脱落涡对高斯体积力翼型非定常载荷影响的模型，经LES验证发现核宽度可使非定常升力幅值最多降低40%。
2024-10-30 physics.flu-dyn
Data-driven unsteady aeroelastic modeling for control
气动弹性结构，从昆虫的翅膀到风力机叶片，经历与其运动耦合的瞬态非定常气动载荷。柔性结构的有效实时控制依赖于对非定常气动弹性力和翼型变形的准确和有效的预测。对于刚性机翼，经典的非定常空气动力学模型最近在状态空间中被重新表述以用于控制，并被扩展到包括粘性效应。在这里，我们进一步扩展这个建模框架，包括变形的柔性机翼除了准稳定，附加质量，和非定常粘性力。我们开发的低阶线性模型的基础上的数据，直接数值模拟的流动过去的柔性机翼在低雷诺数。我们证明了这些模型的有效性，跟踪侵略性的机动与模型预测控制，同时限制最大机翼变形。这种系统识别方法提供了一个可解释的，准确的，低维的气动弹性系统，可以帮助系统和控制器设计的应用程序中的瞬态起着重要的作用。
2022-07-12 physics.flu-dyn
On the estimation of time dependent lift of a European Starling during flapping
我们研究的作用，非定常升力的背景下，扑翼在鸟类的飞行。空气动力学家和生物学家都试图解决这个问题，但似乎非定常升力的贡献仍然有许多悬而未决的问题。目前的研究涉及的非定常气动力的估计上自由飞行的鸟通过翼拍运动学分析和近尾流测量使用时间分辨粒子图像测速仪。气动力是通过非定常薄翼型理论和升力计算获得的，升力计算采用粘性流动的动量方程。非定常升力由循环升力和非循环升力组成。两者都是在翼拍周期上呈现的。使用长采样数据，几个翼拍周期进行了分析，以涵盖下冲程和上冲程阶段。看起来升力在翼拍周期内变化，强调它对总升力的贡献和它在功率估算中的作用。建议在估算鸟类扑翼运动的升力或功率时，不能假定循环升力分量可以忽略不计，应予以考虑。
2015-02-28 physics.flu-dyn
Nonlinear Unsteady Vortex-Lattice Vortex-Particle Method with Adaptive Wake Conversion for Rotorcraft Aerodynamics
Polytechnique Montréal（蒙特利尔高等理工学院）
本文提出一种非线性不稳涡格-涡粒子方法，通过自适应尾涡转换策略提升旋翼气动模拟的鲁棒性与计算效率，实现高精度预测并显著降低计算成本。
2026-03-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Compressible unsteady aerodynamics of finite-chord porous aerofoils
University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
本文提出统一线性理论，研究可压缩亚声速流中有限弦长多孔翼型的非定常载荷，发现渗透性控制载荷对可压缩性的敏感性，并指出不可压缩与可压缩理论组合会误判多孔载荷比。
2026-09-29 physics.flu-dyn
Unsteady load alleviation on highly flexible bio-inspired wings in longitudinally oscillating freestreams
受鸟类羽毛启发，本研究结合实验与数值模拟，发现高柔性复合材料机翼能通过破坏层流分离泡、促进稳定湍流边界层来有效减缓纵向振荡来流下的非定常气动载荷。
2025-01-04 physics.flu-dyn
Comparisons of Two Reduced-Order Models for Linearized Unsteady Aerodynamic Identification
本文比较了线性Volterra级数和带有外生输入的自回归（ARX）模型两种非定常气动力降阶模型（ROM）在动态线性气动力特性建模方面的性能。这两种方法的区别在于后一种模型有自回归项，而前一种模型只有输入相关项。第一个系统是低雷诺数流动中的一个压入圆柱，其中流动是稳定的（Re < 47）。虽然两种方法都能很好地拟合训练数据，但线性Volterra方法需要比ARX模型更高的模型阶数才能获得相同的精度。频率响应的比较表明，ARX模型更接近的频率响应，而在高雷诺数的频率响应是过拟合Volterra级数。第二个气动力系统是NACA 0012翼型俯仰流动，包括亚音速和跨音速状态。在不同的马赫数和平均攻角下，详细研究了模型关于延迟阶数的收敛性。随着马赫数或平均攻角的增加，所需的延迟阶数也将增加。但是ARX模型仍然在相同的精度水平上用少量的项来建模这个系统。结果表明，ARX模型在大多数情况下，特别是在接近不稳定状态时，其性能优于线性Volterra级数。
2019-05-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamic effects in small-amplitude pitch oscillations of an airfoil
本文采用高精度壁面分辨大涡模拟（LES）研究了Re = 100，000时翼型小振幅俯仰振荡的流动物理特性。非定常现象的研究是在自然层流翼型的背景下进行的，在某些“非设计”条件下，自然层流翼型可以显示气动力对迎角的敏感依赖性。桨距振荡的动态范围被选择为在该敏感区域中。在整个俯仰周期中，观察到翼型吸力面上的过渡点变化很大，导致动态富流响应。前缘层流分离泡的稳定性特性的变化对边界层动力学具有主要影响，并引起翼型上转捩位置的突变。LES程序是基于一个松弛项模型的最小的未解决的尺度耗散。对通道流和Re = 400，000时的固定机翼进行了验证。
2019-04-16 physics.app-ph physics.flu-dyn
Spatio-Temporal Prediction of Unsteady Airfoil Aerodynamics Using Augmented Graph Neural Ordinary Differential Equations with Exogenous Controls
German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Airbus Operations（空客运营公司）
研究非定常翼型空气动力学的时空预测问题，核心方法是将图神经网络与增强神经常微分方程结合形成GNODE，主要贡献是该方法能稳定准确地预测表面力，适合建模含外部输入的非线性时空系统。
2026-07-22 cs.LG physics.flu-dyn
Unsteady aeroelastic characterization and scaling relations of flexible membrane wings
本文通过完全耦合的Navier-Stokes与非线性结构方程求解器，研究二维柔性翼在大迎角下的非定常气动弹性特性，建立气动性能相图并提出基于Weber数的新尺度关系，为微型飞行器柔性翼设计提供指导。
2023-07-06 physics.flu-dyn
A Residual Learning Approach for Unsteady Aerodynamic Load Prediction
University of Michigan（密歇根大学）
本文以NLR 7301翼型为对象，采用LSTM神经网络，通过残差学习方法学习CFD升力与Wagner模型预测值的差值，其泛化能力优于直接预测CFD升力的神经网络，可用于增强经典低阶气动力理论。
2026-08-19 cs.LG physics.flu-dyn
Subsonic Indicial Aerodynamics for Aerofoil's Unsteady Loads via Numerical and Analytical Methods
本研究利用近似的数值和解析公式，生成用于预测亚音速流中二维翼型非定常升力的气动指标导纳函数。迎角的阶跃变化和锐缘阵风都可适当地认为是小扰动。新的贡献关注的计算模拟过程和有效的理论合成的结果，提供了良好的交叉验证的系统分析。通过计算流体动力学生成指数导纳函数的良好实践首先针对几种马赫数、攻角和翼型进行了研究。方便的分析近似，这样的indicial功能，然后通过概括那些可用于不可压缩流，利用声波理论的非循环空气负荷和普朗特-Glauert的可扩展性规则的循环空气负荷。一个显式的参数公式是新提出的，后者作为马赫数的函数，在没有激波的情况下，而阻尼谐波项有效地引入，以更好地近似前者。适当的调整的解析表达式也来自为了模仿的数值解，并成功地验证了严格的叠加循环和非循环的理论贡献，在光的计算流体动力学。结果最终显示和批判性地解决相对于所采用的物理和数学假设，在一个一致的框架内。
2016-08-08 math.OC physics.flu-dyn
Modeling Unsteady Aircraft Aerodynamics Using Lorenz Attractor: A Reduced-Order Approach for Wing Rock
Aurora Flight Sciences (A Boeing Company)（奥罗拉飞行科学公司（波音旗下））；The Boeing Company（波音公司）
本文提出利用洛伦兹吸引子框架建模不稳飞机气动特性，通过降阶方法有效捕捉翼岩现象的复杂动态。
2025-11-10 cs.SY eess.SY nlin.CD
Load estimation in unsteady flows from sparse pressure measurements: Application of transition networks to experimental data
受生物游泳和飞行与分布式传感的启发，我们提出了一种数据驱动的方法，负载估计依赖于复杂的网络。我们利用稀疏的实时压力输入，结合预先训练的过渡网络，估计非定常和高度分离流中的气动载荷。过渡网络包含作为节点的系统的气动状态以及作为链接的基础动力学。本文提出了一种基于加权平均（WAB）的策略，并在不同攻角下加速椭圆板绕流的真实实验数据上进行了检验。然后对训练数据集中未包括的迎角情况估计气动载荷，以便模拟估计过程。还包括一个优化过程，以考虑系统的时间动态。WAB方法的性能和局限性进行了讨论，表明过渡网络可以代表一个通用的和有效的数据驱动的工具，用于实时信号估计，使用稀疏和嘈杂的信号（如表面压力）在现实的流量。
2021-10-26 physics.data-an physics.flu-dyn
Unsteady Flow and Force Control in Butterfly Take-off Flight
在这项工作中，高分辨率，高速视频的帝王蝶（Danaus plexippus）在起飞飞行获得使用摄影测量系统。利用三维细分曲面重建方法，从这些视频中建模和重建蝴蝶的身体/翅膀的变形和运动学。然后进行高保真度模拟，以了解涡的形成在近场和远场的蝴蝶翅膀，并检查相关的气动性能。一个笛卡尔网格为基础的尖锐的界面浸入边界求解器被用来处理这样的流动在其所有的复杂性。
2012-10-15 physics.flu-dyn
Unsteady aerodynamics of porous aerofoils
我们扩展非定常薄翼型理论模型翼型广义弦向孔隙率分布。分析考虑线性孔隙度边界条件，其中通过翼型的渗流速度与翼型表面的局部压力跃变和多孔介质的不稳定特性有关。应用Plemelj公式所产生的边值问题产生一个奇异的Fredholm-Volterra积分方程，不承认一个解析解。相应地，我们发展了一个数值解方案，通过扩展的约束涡度分布在适当的基函数。在前缘和后缘的渐近分析表明，适当的基函数是加权雅可比多项式，其参数与孔隙度分布有关。Jacobi多项式基能够构造精确、快速的数值方案，而Chebyshev基函数的标准选择则不适用于多孔翼型。应用程序的数值解计划不连续孔隙度剖面，准静态问题，以及分离的循环和非循环的贡献。模拟的经典Theodorsen和西尔斯函数进行了数值计算，这表明，后缘孔隙率的影响是减少的涡量脱落到尾流，从而降低了循环升力的大小。{这些频域函数的傅里叶变换反演分别对瞬态翼型运动或阵风遭遇的Wagner和Küssner函数产生多孔扩展。}
2020-11-21 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Aerodynamic equilibria and flight stability of plates at intermediate Reynolds numbers
针对中等雷诺数下薄翼/平板被动飞行这一流固耦合典型问题，本文采用基于准稳态流体力的非线性动力学模型，结合无量纲参数识别、稳态平衡分析及稳定性线性分析，揭示了复杂的飞行平衡结构与组织，为小规模气动学及相关应用提供启示。
2025-04-08 physics.flu-dyn
Quasi-steady aerodynamics predicts the dynamics of flapping locomotion
New York University（纽约大学）
本文通过准稳气动力学模型揭示振翅运动中升力与阻力的变化规律，展示了其在不同雷诺数和攻角下的应用范围和物理意义。
2026-04-06 physics.flu-dyn
In vivo recording of aerodynamic force with an aerodynamic force platform
扑动的翅膀使飞行动物和仿生机器人能够产生更高的空气动力。证明这种能力的测量是基于机器人和动物的拴系实验，以及基于自由飞行期间测量的运动学或气流的间接力计算。值得注意的是，在自由飞行过程中，还没有直接测量这些力的方法。这种在自由行为的动物体内的记录对于更好地理解它们扑翼的精确空气动力学功能是必不可少的，特别是在下冲程与上冲程期间。在这里，我们展示了一种新的空气动力平台（AFP）的非侵入式空气动力测量在自由飞行的动物和机器人。该平台用物理控制表面包围产生流体力的动物或物体，该物理控制表面机械地整合传递到地球的净空气动力。通过对纳维-斯托克斯方程的直接解析解，验证了该方法的准确性。随后，我们验证了该方法与四轴飞行器是悬浮在AFP和非定常推力剖面。这些独立的测量证实AFP确实是准确的。我们证明了AFP的有效性，通过研究空气动力学重量支持的自由飞行的鸟在体内，这表明，它的上升是不活跃的。
2014-09-01 physics.flu-dyn
Periodic Neural Mapping for Unsteady Rotor-Blade Pressure and Aeroelastic Load Prediction
Cenaero（塞纳罗航空航天研究中心）；Safran Helicopter Engines（赛峰直升机发动机公司）
针对涡轮机械非定常气动载荷预测难题，提出周期傅里叶神经映射（p-FNM），嵌入时间周期性并独立预测压力场，在最大数据集上较基线显著提升压力场与广义气动力预测精度，展现降阶建模潜力。
2026-09-21 cs.LG physics.flu-dyn
The Effects of Transverse Inclination on Aeroelastic Cantilever Prisms: Phenomenology, Unsteady Force, and the Base Intensification Phenomenon
当倾斜结构物遇到攻角改变的流入时，横向倾斜是一种可能的情况。本文通过强迫振动风洞实验研究了横向倾斜对气弹棱柱体的影响。在不同风速、倾角和振幅下，对气动特性进行了三参数评估。结果表明，横向倾斜通过冲击固定端马蹄涡和破坏分离对称性，从根本上改变了尾流现象。后果是两极，一次性的所有改变空气动力学附近的棱镜基地。马蹄涡的抑制释放卡门涡，这显着增加非定常风的力量。在初始形态切换之后，空气动力学变得独立于倾斜角和振荡幅度，并且仅取决于风速。结构的上部不会感受到这种效果，因此这种现象被称为基础强化。这种现象只在低速涡激区有显著影响，在高速准稳态驰振区无明显影响。在实践中，基地加强将破坏从释放伯纳德卡门涡脱落，使其不稳定和阵风的水平风环境。此外，它将结构基础处的空气动力学载荷增加了4.3倍。由于固定端刚度阻止弹性耗散，负载转化为巨大的应力，使得检测更加棘手，并且如果发生故障，则更加突然，极端，并且没有任何警告。4.3倍的放大倍数也超过了许多标准设计的安全系数，因此横向倾斜值得工程关注。
2022-02-15 physics.flu-dyn physics.gen-ph
Windsurf-mimetic study about unsteady propulsion
Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes (PMMH), CNRS UMR 7636, ESPCI Paris—Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris–Cité（异质介质物理与力学实验室，法国国家科学研究中心联合研究单位7636，巴黎高等物理化工学院-巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎西岱大学）
研究通过实验分析风帆在流体通道中绕平均攻角pitching运动时的非稳推进机制，探讨振荡对驱动和漂移力系数的影响，发现 pumping 可提高驱动力但增加漂移力。
2026-03-21 physics.flu-dyn
A study on aerodynamics and mechanisms of elementary morphing models for flapping wing in bat forward flight
大的主动翼变形是产生蝙蝠扑翼飞行所需的高气动力的重要途径。除扭转外，还提出了蝙蝠翅膀展向弯曲、弦向弯曲和展弦比变化等基本变形模型。用展弦比为3的平板模拟蝙蝠翼，用三维非定常面元法计算气动力。结果表明，拱度模型对升力的影响最大，面积变化模型次之，弯曲模型最小。进一步的研究表明，涡控制是产生高气动力的主要机制，而气动力增强的机制是弯曲机翼的非对称性以及展弦比变化和机翼弯曲的放大效应。整体变形模型翼的升力和推力主要产生在下冲程，而上冲程的力几乎可以忽略不计。
2014-03-27 physics.flu-dyn
State-space aerodynamic model reveals high force control authority and predictability in flapping flight
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
飞行动物依靠快速、大自由度的扑翼运动，这是将它们与气动表面运动有限的旋转或固定翼机器人飞行器区分开来的关键特征。然而，扑翼空气动力学的特点是高度不稳定和三维流动难以建模或控制，准确的气动力预测往往依赖于昂贵的计算或实验方法。在这里，我们开发了一个计算效率和数据驱动的状态空间模型，以动态地将机翼运动学映射到气动力/力矩。该模型用548个不同的扑翼运动进行了训练和测试，并超过了现有准定常模型的精度和通用性。该模型使用12个状态来捕获与力产生相关的非定常和非线性流体效应，而没有流体流动的明确信息。我们还对关键机翼运动变量的控制权威性进行了全面评估，发现瞬时气动力/力矩在很大程度上可通过半冲程周期内的机翼运动历史来预测。此外，迎角、法向加速度和俯仰运动对气动力/力矩产生的影响最大。我们的研究结果表明，扑翼飞行固有地提供了高的力控制权威和可预测性，这可能是发展敏捷和稳定的空中飞行员的关键。
2021-08-04 cs.RO physics.flu-dyn
On Satisfying the Kutta Condition in Unsteady Thin Aerofoil Theory
非定常薄翼型理论是求解作任意运动弧线上势流空气动力学的一种低阶方法。在这种方法中，必须在后缘应用库塔条件，以唯一地确定翼型周围的净环量。本文对库塔条件在非定常流中的应用进行了讨论，并介绍了一种在非定常薄翼型理论中应用库塔条件的改进方法。具体地说，在任何离散时间步长的脱落尾流是由一个连续分布的涡量从精确的瓦格纳解决方案，而不是由一个点涡或正则涡滴。文中的结果说明了这种改进对迎角阶跃变化（瓦格纳问题）、谐波升沉运动（Theodorsen问题）和俯仰-斜坡-保持机动情况的影响。不可压缩欧拉方程的精确解析解和CFD模拟用于验证。新的方法被认为是满足库塔条件在所有降低的频率，与速度是有限的和压力差趋于零的后缘。它在理论的严密性、计算的费用和数值的准确性方面改进了非定常薄翼型理论。
2022-05-17 physics.flu-dyn
Information Transport and Observability in Compressible Aerodynamics
Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）
研究可压缩空气动力学中信息传输与可观测性，用可微激波捕捉浸入边界求解器，通过传播梯度引入可观测性度量，发现信息传输不均，可观测性与可学习性相关但不同，流动状态和翼型几何影响其分布与逆学习收敛，建立定量框架。
2026-07-23 physics.flu-dyn
Model-Based Reinforcement Learning for Control of Strongly-Disturbed Unsteady Aerodynamic Flows
Department of Mechanical and Aerospace Engineering（机械与航空航天工程系）；Graduate Aerospace Laboratories（航空航天研究生实验室）
针对强扰动非定常气动流动控制中无模型RL交互成本高的问题，提出以物理增强自编码器和潜动力学模型构建降阶替代环境的MBRL方法，并在俯仰翼型阵风控制中验证其可迁移至完整CFD环境。
2025-02-27 cs.LG physics.flu-dyn
Aeroelastic Analysis of Transonic Flutter with CFD-Based Reduced-Order Model
本研究构建了基于CFD的降阶模型，采用系统辨识与非梯度优化等方法，仅需一次非定常CFD计算即可复现跨声速下典型翼型剖面的气动弹性分析数据。
2023-07-19 physics.flu-dyn
Extreme Aerodynamics: A Data-Driven Perspective
针对小型飞行器在极端环境中遭遇阵风比超1的稳定飞行难题，本文提出极端空气动力学研究方向，指出数据驱动方法的突破需求，其创新分析技术可解决强非线性等流动物理问题并适用于更广流体动力学场景。
2025-11-17 physics.flu-dyn
Modeling the Aerodynamic Lift Produced by Oscillating Airfoils at Low Reynolds Number
本文以Strouhal数St为控制参数，对NACA-0012翼型在1,000雷诺数Re下的绕流进行了数值模拟。非定常力的时间分布，升力和推力，以及它们的频谱分析清楚地表明，该解决方案是一个周期-1吸引低Strouhal数。研究结果表明，机翼下俯产生的气动力与机翼的初始运动条件无关，证明了极限环的存在。振荡升力中存在的频率由较高Strouhal数的基波（fs）、偶次谐波和奇次谐波（3fs）组成。利用数值模拟，脱落频率（f_s）被观察到几乎等于激励频率在所有的情况下。采用改进的vanderPol振子模型模拟了翼型下倾产生的非定常升力。利用多尺度方法和稳态CFD解的谱分析，估计了van der Pol振子模型中的频率和阻尼项。我们证明了这个模型的适用性，所有的平面运动的翼型;暴跌，俯仰和扑动。目前提出的模型的一个重要方面是捕获气动升力系数的时间平均值。
2014-12-11 math.DS physics.flu-dyn
Passive aerodynamic robustness reduces disturbance amplification in flight
J. C. Wu Center for Aerodynamics, School of Aeronautics and Astronautics, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学航空航天学院空气动力学中心）；Commercial Aircraft Corporation of China, Ltd.（中国商用飞机有限责任公司）
研究揭示鸟类翅膀通过被动方式减少气动扰动放大，提升飞行稳定性，但牺牲了气动效率，揭示了效率与鲁棒性之间的权衡。
2026-06-05 physics.flu-dyn
Applying inviscid linear unsteady lifting-line theory to viscous large-amplitude problems
非定常升力线理论（ULLT）是一种低阶方法，能够模拟非定常和有限翼相互作用的影响，计算量小。该方法的大多数公式假设无粘流和小振幅。虽然这些假设可能适用于高雷诺数下的小振幅气动弹性问题，但现代工程应用越来越多地涉及导致气动非线性的较低雷诺数、大振幅运动学和涡结构。本文建立了ULLT仍然提供了一个很好的解决方案，低雷诺数，大幅度的运动学问题，通过比较ULLT的结果与实验验证的计算流体动力学模拟在Re=10000。三维（3D）效应稳定了前缘涡（LEV）结构，从而使ULLT能很好地预测整个机翼的力系数。虽然无粘展向力分布对于小振幅运动学是准确的，但是ULLT不能模拟3D旋涡结构，因此它不能正确地预测由于LEV引起的力分布。然而，通过前缘吸力参数准则，它可以在有限的范围内预测LEV的脱落。然后，这可以用作力分布结果的有用性的指示器。
2021-04-13 physics.flu-dyn
Added costs of insect-scale flapping flight in unsteady airflows
小尺度自然和人工扑翼飞行器工作区域内的空中环境是高度复杂的、非定常的和通常湍流的。考虑到扑翼飞行在一个不稳定的风环境中，具有周期性变化的横向速度分量，我们表明，身体旋转经历扑翼飞行器的结果在重新定向的气动力矢量，可以呈现大量的累积赤字的垂直力。我们得到定量估计的身体滚转幅度和相关的能量需求，以保持在这种条件下的自由飞行的重量支持。我们进行力测量的微型蜂鸟启发的机器人挡板和大黄蜂的数值模拟。在这两种情况下，我们证明了由于身体滚动旋转的重量支持的损失。使用半约束飞行测量，我们证明了增加的功率要求，以保持高度在不稳定的风，通过增加扑动频率。扑翼飞行器可以增加它们的扑翼频率以及冲程幅度，以产生所需的气动力增加，这两种类型的补偿控制都需要额外的能量成本。我们分析了现有的数据，从实验动物在冯卡门街道飞行，并找到合理的协议与提出的理论模型。
2016-10-28 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.QM
Modeling unsteady loads on wind-turbine blade sections from periodic structural oscillations and impinging gusts
本文通过势流解析模型与高保真二维数值模拟，研究周期性俯仰、沉浮和阵风扰动下NACA-0012翼型的非定常升力响应，验证了模型在中小扰动下的有效性，并指出在接近静态失速时理论存在不足，为非定常模型纳入风力机设计工具提供了依据。
2024-06-15 physics.flu-dyn
Zonal structure of unbounded external-flow and aerodynamics
本文从外无界流速度场的远场特性出发。我们发现，众所周知的代数衰减的扰动速度推导运动学是过于保守。一旦考虑到动力学的工作远场线性化的纳维-斯托克斯方程的基本解，它被证明，最远的远场区相邻的均匀流体在无穷远处必须是不稳定的，粘性和可压缩的，所有的扰动退化为声波，指数衰减。但在一些常用的简化流动模型中，如定常流动、不可压缩流动和无粘流动，并不存在这种最优速率，因为它们实际上是在无界自由空间的真子空间中工作，而这些真子空间周围是不同性质的更远的场。这一发现自然导致了外部无界流场的带状结构。带状结构的重要性表现在它与现有的外流空气动力和力矩理论的密切相关性上，包括消除简化模型中固有的困难或矛盾。
2016-11-21 physics.flu-dyn
Data-driven nonlinear aerodynamics models with certifiably optimal boundedness properties
University of Minnesota（明尼苏达大学）；University of Michigan, Ann Arbor（密歇根大学安娜堡分校）；San Diego State University（圣地亚哥州立大学）
本文提出利用凸半定规划确保数据驱动模型对不可压缩流的有界预测，通过SINDy框架验证了在低阶基准问题和NACA-65(1)-412翼型上的有效性。
2025-08-22 physics.flu-dyn
Hovering in Oscillatory Flows
本文研究了上下不对称的刚体在振荡背景流中的悬停动力学。最近对无生命的无生命物体在零平均分量振荡流中的实验表明，所产生的气动力足以使物体保持在高空。这种升力产生的机制基本上是不稳定的，并取决于脱落涡量。在这里，我们考虑一个模型系统的二维飞片和计算的非定常，双向耦合的背景下的涡面模型的飞片和周围的流体。我们详细研究了悬停所需的流动特性（频率和速度）及其对飞行器特性（质量和几何形状）的依赖性。我们发现，悬停所需的空气动力学的努力是一个固有的属性的传单本身：一个给定的传单需要一个恒定的努力量悬停，无论频率和速度的振荡流。这种物理洞察力将可能对无人驾驶飞行器的设计以及理解活生物体的主动悬停产生重大影响，这些活生物体可以操纵它们的扑翼运动以有利于更大的振荡幅度或频率。
2016-08-25 physics.flu-dyn
A computational study of the aerodynamic forces and power requirements of dragonfly Aeschna juncea hovering
研究了草菇悬停飞行时的气动力产生和机械动力需求。采用了在移动重叠网格下数值求解纳维-斯托克斯方程的方法。在一个扑翼周期内，有两个较大的垂直力峰值。一个是在周期的前半部分，这主要是由于后翅在它们的下冲程;另一个是在周期的后半部分，这主要是由于前翅在它们的下冲程。在大行程平面角悬停时，机翼利用阻力作为其重量支撑力的主要来源（总垂直力的约65%由阻力贡献，35%由机翼的升力贡献）。机翼的垂直力系数是准定常值的两倍。前后翼之间的相互作用不是很强，不利于垂直力的产生。与单翼作相同运动的情况相比，干扰效应使作用在前、后翼上的垂向力分别比相应的单翼减少14%和16%。大的垂直力是由于非定常流效应。非定常力的机理是，在后翼或前翼的每一次下冲程中，产生一个新的含有向下动量的涡环，从而产生一个向上的力。体质量比功率为37 W kg-1，主要由气动功率贡献。
2004-04-08 physics.bio-ph physics.flu-dyn
Noncirculatory fluid forces on panels with porosity gradients
本注释确定了作用在任意变形板上的非定常非循环力，该板具有Holder连续孔隙率分布。非循环压力分布的解析表达式，并评估的特殊情况下，均匀和可变孔隙率面板进行谐波变形，其中特别注意的面板端部条件的影响。这些结果构成了第一个主要的一步，一个完整的线性化，非定常空气动力学理论的提升多孔体，这可能有潜在的应用生物启发的游泳者和飞行员的性能估计和未来的评估气动弹性稳定性和流动噪声的多孔翼型。
2018-12-04 physics.flu-dyn
High-Order CFD Modeling of Rotating Actuator Line Systems
University of Maryland Baltimore County (UMBC)（马里兰大学巴尔的摩县分校）
本研究开发耦合FR/CPR格式与ALM的高阶CFD框架，无需显式叶片几何即可模拟全旋转涡轮机，经两叶片VAWT测试，可可靠捕捉强非定常下的叶片载荷、流场及尾流特征。
2026-08-31 physics.flu-dyn
Mean- and unsteady-flow reconstruction with one or two time-resolved measurements
在这篇文章中，我们提出了一种方法来重建，在一个单一的步骤，从很少的时间分辨测量的流量的平均值和不稳定的属性。该程序是基于{\it先验}的傅立叶和解析模式的能量频率，这是一个共同的特点，在剪切为主的过渡流。因此，可以从一系列预解式模式中近似确定平均流的雷诺应力，这些预解式模式在频率空间中离散化波动场，并且由于很少的测量，可以调整其幅度。在实践中，我们解决了一个非线性优化问题（只有很少的参数）的基础上，强烈耦合的方程的平均流和预解模式。同化过程的输入数据可能非常稀疏，通常是一个或两个逐点测量。这种技术被应用到两个不同的物理配置，一个"振荡器"流与周期性波动（方形截面圆柱体）和一个"噪声放大器"流与宽带频谱（后向步骤）。
2021-02-07 physics.flu-dyn
