翅翼运动方式及几何特征对扑翼气动特性影响的研究

发布时间：2022-02-12 16:24

　　微型扑翼飞行器（简称“FWMAV”）是一种基于仿生学的模仿昆虫或者鸟类飞行的新概念飞行器,同固定翼飞行器和旋翼飞行器相比,它可以通过模仿昆虫和鸟类的飞行模式来克服常规飞行器在小尺度、低雷诺数下的气动局限,仅用一副扑翼就能同时产生升力和推力,集升降、前飞和悬停功能于一体,通过调整扑翼运动中的扑动参数就可以灵活的改变飞行状态,具有很强的机动性能和较高的飞行效率,更适用于执行低空侦查、通信中继等军事任务,具有很大的发展前景和研究价值。扑翼气动机理是研制微型扑翼飞行器的理论基础,现阶段关于扑翼气动机理的研究虽已取得一些成就,但仍需不断的发展和完善。本文选取昆虫为仿生研究对象,采用计算流体力学方法分别数值研究翅翼的运动方式和几何特征对扑翼气动特性的影响并通过扑翼实验对数值研究的结论进行验证。本文的主要工作及贡献如下:1、分析并比较了不同种类昆虫翅翼运动方式和几何特征的差异,运用新兴的计算流体力学方法—格子Boltzmann方法建立扑翼数值计算模型,并对该方法进行了算例验证。2、通过依次增加扑翼运动的自由度,系统研究了翅翼运动方式对气动力影响的变化规律。结果表明:单纯的上下扑动（一个运动自由度）产... 

【文章来源】：吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

“Weis-Fogh”机制示意图

吉林大学硕士学位论文的漩涡[13]，该前缘涡增大了扑翼环量，使得前缘处上表面形成低压区，从而提高了扑翼产生的升力。常规机翼在飞行时，由于迎角的继续增大，前缘涡会失稳并脱落，导致升力急剧下降，这一现象称为“失速现象”。但随后他们又发现下扑过程中翅膀还存在一个强烈的沿展向流动的涡流，其在翼尖处与翼尖涡汇合并阻止了前缘涡的脱落，使得在整个平动过程扑翼都能保持大迎角状态而不失速。这一现象被称为“前缘涡和延迟失速”机制。此后，Birch 等[17]和 Liu[18]等分别从实验测试和数值计算的角度证实了这一发现。

图 1.3 “旋转效应”机制和“尾迹捕获”机制示意图[22]2）扑翼运动参数的影响然界中，昆虫飞行时会不停地改变多种扑动参数（如：扑动模式平面、扑动幅度等）来实现复杂的扑动动作以达到不同的飞行扑动参数对扑翼气动特性的影响也是扑翼气动机理的重要组成部杂扑翼运动的扑翼微型飞行器设计提供坚实的理论基础。近年来分内容进行了研究并取得了一些成果。s 等[23]选取果蝇为研究对象，数值分析了悬停状态下四种不同扑动特性的影响，结果表明不同扑动模式产生的气动力会有明显[24]数值分析了前飞状态下做沉浮运动的扑翼的气动特性，结果时间非对称扑动可以同时增加扑翼前飞时的升力和推力。肖天航仿蜻蜓扑翼模型的气动特性，发现当翅膀上下扑行程的时间比为[26]

【参考文献】：
期刊论文
[1]扑翼前飞时蜻蜓翅膀褶皱幅度的气动效应[J]. 鲁旻,张子龙,仲政.  力学季刊. 2017(02)
[2]基于LBM研究弯度对褶皱翼型滑翔性能的影响[J]. 赵苏苏,石兴,郑耀,杜昌平.  科技通报. 2016(02)
[3]微型扑翼仿生“0”字和“8”字形扑动方式气动特性研究[J]. 张红梅,杨文青.  航空工程进展. 2016(01)
[4]扑动轨迹对扑翼气动特性影响的数值研究[J]. 朱建阳.  工程力学. 2016(01)
[5]扑翼飞行器平面形状对气动力的影响研究[J]. 张小俊,胡淑玲.  飞行力学. 2015(01)
[6]基于多GPU的格子Boltzmann法对槽道湍流的直接数值模拟[J]. 许丁,陈刚,王娴,李跃明.  应用数学和力学. 2013(09)
[7]昆虫翅平面形状和展弦比对其气动性能的影响[J]. 牟晓蕾,孙茂.  北京航空航天大学学报. 2011(11)
[8]扑翼轨迹对空气动力的影响[J]. 张永立,赵创新,徐进良.  科学通报. 2006(06)

博士论文
[1]蜻蜓翅膀功能特性力学机制的仿生研究[D]. 李秀娟.吉林大学 2013
[2]低雷诺数非定常流场的数值方法及其在微型飞行器上的应用[D]. 肖天航.南京航空航天大学 2009

硕士论文
[1]格子波尔兹曼方法在计算流体力学中的应用研究[D]. 陶实.大连理工大学 2013



本文编号：3622046