高速气流下MEMS射流发电机流固耦合仿真研究

本文主要探讨了基于引信的微机电系统（MEMS）射流发电机在弹丸飞行过程中，其内部气道中压电振子在高速气流作用下的运动特性及其流固耦合效应。研究者孙剑韬、姜琦、王军红和徐伟，以及王灵，来自西北工业集团有限公司和南京理工大学机械工程学院，针对这一关键问题进行了深入的研究。 他们首先通过理论分析，结合数值模拟方法，采用了ANSYS Workbench软件包中的CFX和ANSYS FLOTRAN模块进行协同工作。这两种工具分别用于处理流体动力学（CFD）和结构力学分析，实现了单向流固耦合计算，即流场和结构的交互作用仅沿着一个方向进行。这种方法有助于理解压电振子在特定气流条件下的响应，但可能无法完全反映固体力学对流场的影响。 为进一步提高仿真精度，研究者还进行了双向流固耦合计算，这种方法允许流场和结构之间的相互影响双向传递，能够更准确地模拟高速气流下固体结构的变形以及这种变形如何改变气流的流动路径和边界条件。实验结果表明，在高速气流驱动下，压电振子的固体力学响应显著，可能导致流场边界形态发生较大变化，因此，双向流固耦合对于此类复杂系统的仿真分析至关重要。 论文的关键点在于强调了在实际应用中，特别是在导弹或弹丸飞行器中，准确的流固耦合分析能够优化射流发电机的设计和性能，确保其在极端条件下仍能稳定工作。通过对比单向和双向耦合方法，研究人员得出结论，为了得到更接近真实情况的结果，双向流固耦合是不可或缺的仿真手段。 该研究对于推进微电子技术在航空航天领域的应用具有重要意义，特别是在推进能源系统如射流发电机的设计和优化过程中，提供了重要的理论依据和技术支持。中图分类号TJ43表明了这项研究属于工程技术和军事工程的范畴，文献标志码A则表示该文章符合学术期刊的标准。