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仿鸟微型扑翼飞行器的气功特性研究

曾锐  
【摘要】:近年来微型飞行器(MAV)以其尺寸小,重量轻,隐蔽性好的特点,成为飞行器设计领域的新热点。模拟鸟类扑翼飞行方式的扑翼飞行器能同时产生升力和推力,从而可以省略推进装置和部分控制面,大大简化结构,降低机体重量。非常适合MAV 的研制需要。 扑翼飞行产生升力的原理与传统固定翼的位流升力理论完全不同。近年来,针对昆虫和飞鸟的扑翼高升力机理,国内外开展了不少研究,并且在用CFD研究扑翼的非定常流场特性方面取得了一定进展。 对扑翼的非定常流场,传统的定常涡格法已不再适用。通过考虑非定常边界条件,并修改了尾涡模型,在此基础上,编制了非定常涡格法的计算程序,可用于模拟计算扑翼的非定常气动载荷。 以往扑翼的气动力计算研究都很少考虑扑翼的柔性,而在鸟的扑翼动作中,在外加气动力和鸟自身的扑动力作用下,翅膀的柔性变形相当大。本文在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼形状变化和扑动速率变化的扑翼分析模型,使之更接近鸟翼柔性扑动真实情况。 通过计算分析柔性扑翼的气动特性发现,控制适当的话,柔性变形能大大改善扑翼的气动性能。此外,本文还模拟计算了时柔性扑翼气动力随扑动角、扑动倾角等参数变化的情况,从而从气动的角度解释了飞鸟在不同飞行阶段的扑翼规律,并为柔性扑翼飞行器的设计提供了理论依据。 以具有可控飞行能力的微型扑翼飞行器为模型,进行了风洞测力实验,获得了扑翼飞行器气动力的第一手数据。此外在还国内率先进行了扑翼尾涡流场的显示实验,对扑翼流场有了感性的认识。


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