串列式倾斜拍动翼-固定翼构型的升推性能转化研究

昆虫和微型飞行器存在间隙狭窄的串列式拍动翼-固定翼构型.与独立的拍动翼相比,两翼之间的干扰作用可以增强推力,但推力增量能否通过倾斜拍动平面而转化为升力尚不清楚.本文采用浸润边界法和格子玻尔兹曼方法研究了这种串列双翼构型在不同拍动平面倾角下的气动性能。结果表明,当拍动平面倾角为75°时,干扰作用产生的大部分推力增量转化为升力增量,证明了通过倾斜拍动平面实现升推转化的可行性。除了几何投影和有效迎角改变的贡献外,升力增量还来自于两翼位置最接近时的额外升力峰,其流动机制包括两部分:一方面,固定翼阻碍了拍动翼产生的射流并在间隙内产生了较强的水平回流,从而增强了拍动翼上翼面后缘附近的低压区;另一方面,固定翼前方的上洗气流增强了拍动翼下翼面的高压区.进一步分析表明,这种增升机制在多个拍动幅度下有效,因此可以认为该机制在三维构型中仍然存在。上述研究结果揭示了一种通过倾斜拍动平面来增强串列式拍动翼-固定翼构型升力的新机制,为以这种构型为基础的微型飞行器提供了新设计方案.

食蚜蝇悬停飞行时的气动特性

用数值求解N-S(Navier-Stokes)方程的方法得到了食蚜蝇在拍动平面倾斜悬停飞行时的气动力和气动力矩,利用得到的气动力矩和已知的翅膀的惯性矩求得食蚜蝇悬停时的能耗,并将得到的气动力和能耗与正常悬停时的进行比较.主要结果为:维持食蚜蝇体重所需的举力主要由下拍产生,该举力是由翅膀的升力和阻力共同贡献的,这两点均与水平拍动的情形不同;飞行的比功率为31.71 W·kg-1,与正常悬停时接近,这表明此种悬停方式有便于进行机动飞行的优点,但不带来额外的能耗.