仿鸟扑翼飞行器气动分析及实验研究pptx.pptx

仿鸟扑翼飞行器气动分析及实验研究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、推力系数以及平均升力系数与平均推力系数的角度详细分析了机身迎角、拍翅频率、来流速度、拍动角幅值等因素对扑翼飞行器气动性能的影响规律,并对这些影响规律进行了理论解释。
从流场云图的角度对扑翼流场进行分析,分别从展向压力云图、展向速度云图、全身等涡图,机身静压云图等方面分析拍动过程中扑翼周围流场的影响,运用流场机理从流场云图中分析出扑翼的气动性能,将流场云图与升力系数曲线图结合,分析了来流速度与拍翅频率对流场的影响。为方便与实验进行对比,建立与实验样机高度相似的仿真模型,通过仿真分析出拍翅频率对仿真模型气动特性的影响。
根据样机采购三维力传感器、数据采集卡等器材,搭建实验平台,调试数据采集软件,实际进行测力实验,并仔细地分析了拍翅频率对升力与推力的影响,将实验数据与仿真数据进行对比,发现仿真数据规律与实验测出的数据规律大致相似,验证仿真模型的正确性以及仿真方案的合理性。