仿甲虫微型扑翼飞行器气动特性数值模拟研究pptx.pptx

仿甲虫微型扑翼飞行器气动特性数值模拟研究微型飞行器具有尺寸小、机动性高、便于携带等优点,在军事与民用上有很好的开发潜力。在微小化后,扑翼型的飞行器比旋翼型与固定翼型的飞行器拥有更优越的飞行性能,扑翼型飞行器由此成为研究的热点。
甲虫翅翼可折叠的物理形态具有优越的便携性与隐蔽性,因此展开仿甲虫可折叠翅翼的研究具有很重要的意义。本文以四板机构理论为基础设计了一种仿甲虫四板折叠翼,并基于Fluent软件对折叠翼的前飞过程气动力进行分析,在此基础上根据昆虫的飞行姿态与原理,对飞行器的机构进行了优化设计,并对刚、柔翅翼的滑翔过程进行了仿真分析。
主要的研究内容如下:以HaasFabian等人提出的甲虫后翅折叠机理——四板机构理论为基础设计了一种仿生可折叠翼,并运用solidworks软件建立仿生可折叠翼的物理模型。应用动网格技术,在Fluent中对刚性翅翼的非定常扑动过程进行了数值模拟,分析了不同拍动频率、拍动幅值、前飞速度与扭转角度对翅翼的升阻力系数与升阻比的影响。
针对仿生扑翼飞机大多由直流电机驱动,运动特性相对简单的问题,设计了一种具有可变运动特性的仿生甲虫扑翼机构。该机构采用双曲柄-曲柄滑块机构,具有可变运动特性。
运用闭环矢量法建立了该机构的运动学方程。根据甲壳虫飞行特性,针对扑翼飞行的稳定性,综合考虑拍动幅度、频率、角速度和加速度等因素优化扑翼传动机构。
建立了扑翼机构的多目标优化模型,并进行了机构优化的数值计算,分析了扑翼机构对飞行器气动特性的影响。采用双向流固耦合(FSI)数值模拟方法,分析了具有不同弹性模量柔性铰链的可折叠翅翼的升力和阻力系数,模拟了刚性和柔性翅翼在不同迎角和不同滑行速度下的滑行性能,获得了不同滑行速度下柔性翼的升力和升阻比。
本文采用数值模拟的方式,对仿生翅翼不同前飞与滑翔状态的气动性能进行了仿真分析,并对飞行器传动机构进行了优化设计,研究结果为改善仿甲虫微型扑翼飞行器的飞行能力与效率提供了依据。