仿鸟扑翼飞行器气动分析及实验研究

发布时间：2021-10-10 01:06

　　扑翼飞行器属仿生领域,飞行方式与自然界中鸟类极其相似,主要是依靠双翼的上下拍动产生升力与推力来维持飞行。其具有较好的隐蔽性与灵活性,主要用于侦查、救援等。目前扑翼飞行器研究主要集中在扑翼传动机构、气动特性以及飞行控制这三个主要方面,同时,扑翼飞行器的研制拓宽了航空器的种类。本文主要对之前的研究成果以及研究过程中存在的难点与热点进行了总结,并对鸟的生理构造、鸟类飞行方式以及鸟类产生升力、推力的机理进行了归纳,为后文三个维度的运动方程的定义提供了仿生依据。传统建立的扑翼模型是二维模型,从翼根到翼尖为一整体,典型刚性翼。本文改进传统模型,建立新型三维扑翼模型,将机翼分为内、外翼,内翼定义成刚性翼,外翼采用近似柔性的建模思想进行多段式建模,使外翼具备一定柔性,分别定义每一小段机翼的拍动角与俯仰角,并在外翼与内翼之间加入弯折角,建立了一个具有“拍动-俯仰-弯折”三个运动的三维扑翼模型。针对传统扑翼上拍、下拍过程完全对称导致升力不足的的缺点,在新型模型的拍动过程中加入急回特性,延长下拍时间,从而延长产生正升力时间,提高一个拍动周期内的净升力。利用CFD软件对模型进行气动分析,从升力系数、推力系数以... 

【文章来源】：中国民航大学天津市

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 扑翼飞行器研究背景和意义
        1.1.1 扑翼飞行器研究背景
        1.1.2 扑翼飞行器研究意义
    1.2 扑翼飞行器国内外研究现状
        1.2.1 国内外扑翼飞行器样机研制现状
        1.2.2 国内外气动理论研究
        1.2.3 国内外实验平台搭建
    1.3 扑翼飞行器研究热点与难点
        1.3.1 研究热点
        1.3.2 研究难点
第二章 扑翼飞行机理分析
    2.1 飞鸟生理构造特点
        2.1.1 鸟类骨骼
        2.1.2 鸟类翅膀
    2.2 鸟类飞行方式
    2.3 扑翼飞行基本原理
    2.4 扑翼高升力机理
    2.5 本章小结
第三章 多段翼扑翼建模及仿真原理简述
    3.1 传统模型与新型模型对比
    3.2 三维模型建立
        3.2.1 计算模型尺寸
        3.2.2 模型建立
    3.3 运动方程定义
    3.4 扑翼气动力理论计算
    3.5 仿真原理——格子Boltzmann方法
        3.5.1 基本思想
        3.5.2 控制方程
        3.5.3 网格技术
    3.6 Xflow软件介绍
        3.6.1 Xflow求解步骤
        3.6.2 仿真实验设置
    3.7 本章小结
第四章 多段翼扑翼飞行器气动力分析
    4.1 弯曲折叠与急回特性对气动特性影响
        4.1.1 四种运动方式定义
        4.1.2 四种运动方式气动特性对比
        4.1.3 弯曲折叠角与急回特性对气动特性的影响
    4.2 风速对气动特性影响
    4.3 拍翅频率对气动特性影响
    4.4 扑翼倾角对气动特性影响
    4.5 机身迎角对气动特性影响
    4.6 内翼拍动角幅值对气动特性影响
    4.7 本章小结
第五章 扑翼流场云图分析
    5.1 展向涡量云图
    5.2 扑翼等涡图
    5.3 扑翼机身静压云图
    5.4 展向速度云图
    5.5 拍动因素对流场云图影响
        5.5.1 不同风速下流场云图
        5.5.2 不同拍翅频率下流场云图
    5.6 本章小结
第六章 实验平台搭建与测力实验
    6.1 刚性翼扑翼飞行器建模
        6.1.1 三维模型建立
        6.1.2 运动定义
    6.2 刚性扑翼气动仿真
        6.2.1 仿真风洞设置
        6.2.2 仿真结果分析
        6.2.3 流场云图分析
    6.3 测力实验
        6.3.1 实验方案设计
        6.3.2 测力硬件选型
        6.3.3 三维力传感器标定
        6.3.4 实验台搭建
        6.3.5 测力平台软件调试
        6.3.6 实验数据分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
作者简介



本文编号：3427345