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柔性扑翼微型飞行器升力和推力机理的风洞试验和飞行试验 被引量:32
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作者 昂海松 曾锐 +1 位作者 段文博 史志伟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期1838-1845,共8页
为探讨柔性扑翼微型飞行器产生升力和推力的机理,在研究考虑柔性大变形扑翼气动力计算方法基础上,利用南京航空航天大学低速风洞进行了不同扑动频率、迎角、速度下微型扑翼升力、推力的变化和动态流场显示等风洞实验,并与计算结果进行... 为探讨柔性扑翼微型飞行器产生升力和推力的机理,在研究考虑柔性大变形扑翼气动力计算方法基础上,利用南京航空航天大学低速风洞进行了不同扑动频率、迎角、速度下微型扑翼升力、推力的变化和动态流场显示等风洞实验,并与计算结果进行了比较分析,为微型扑翼机的设计提供了的参考依据.自行研制的微型柔性结构扑翼机成功地进行了飞行试验. 展开更多
关键词 航空 航天推进系统 微型飞行器 柔性扑翼 风洞实验
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仿鸟柔性扑翼气动特性与能耗的数值研究 被引量:8
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作者 肖天航 段文博 昂海松 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期709-718,共10页
建立了适当的三维仿鸟柔性扑翼模型,并以配平重力和平衡阻力为条件,数值计算了它的低雷诺数非定常流场。研究揭示了翼面初始扭转角度、动态俯仰幅度等重要设计参数与飞行性能的关系,表明扑翼平面的初始扭转程度、扑翼柔性材料的选择以... 建立了适当的三维仿鸟柔性扑翼模型,并以配平重力和平衡阻力为条件,数值计算了它的低雷诺数非定常流场。研究揭示了翼面初始扭转角度、动态俯仰幅度等重要设计参数与飞行性能的关系,表明扑翼平面的初始扭转程度、扑翼柔性材料的选择以及两者之间的合理搭配对扑翼机的成功飞行至关重要。研究分析了仿鸟扑翼的流场涡结构、升力推力产生原理,下扑过程附着上翼面的前缘涡是升力产生的重要机制。对扑翼气动功率的比较分析也发现,人造扑翼机需要的气动功率明显高出同等大小的鸟类,在效率方面尚不及扑翼飞行生物。 展开更多
关键词 微型飞行器 柔性扑翼 非定常流 气动特性 数值模拟
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柔性扑翼的模型建立及其功率研究 被引量:4
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作者 曾锐 昂海松 +1 位作者 刘国涛 刘良钢 《中山大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2004年第3期28-31,35,共5页
在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的柔性扑翼模型,使之更接近鸟翼真实扑动情况。模拟计算了时柔性扑翼气动功率及扑动效率随着扑动角、来流速度等参数的变化,从气动角度解释了为何鸟在不同的飞行阶段... 在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的柔性扑翼模型,使之更接近鸟翼真实扑动情况。模拟计算了时柔性扑翼气动功率及扑动效率随着扑动角、来流速度等参数的变化,从气动角度解释了为何鸟在不同的飞行阶段扑翼规律各不相同,为柔性扑翼飞行器的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 柔性扑翼 微型飞行器 模型 功率 数值模拟计算
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柔性扑翼的气动特性研究 被引量:7
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作者 曾锐 昂海松 梅源 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期1-7,共7页
以往扑翼的气动力计算研究都很少考虑扑翼的柔性,而在鸟的扑翼动作中,在外加气动力和鸟自身的扑动力作用下,扑翼的柔性变形相当大。本文在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的扑翼分析模型,使之更接近鸟... 以往扑翼的气动力计算研究都很少考虑扑翼的柔性,而在鸟的扑翼动作中,在外加气动力和鸟自身的扑动力作用下,扑翼的柔性变形相当大。本文在原有匀速刚性模型的基础上,提出考虑了扑翼扑动速率变化和形状变化的扑翼分析模型,使之更接近鸟翼柔性扑动真实情况。通过计算分析气动特性发现,控制适当的话,柔性变形能大大改善扑翼的气动性能。本文通过模拟鸟扑翼的柔性运动,计算了时柔性扑翼气动力以及平均升力系数和平均推力系数随着扑动角、倾斜角等参数变化的情况,从而从气动的角度解释了为什么鸟在不同的飞行阶段扑翼规律各不相同,并为柔性扑翼飞行器的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 柔性扑翼 微型飞行器 模型 数值模拟计算
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柔性扑翼弦向形变气动特性的数值研究 被引量:2
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作者 高强 徐江荣 王关晴 《杭州电子科技大学学报(自然科学版)》 2017年第6期86-90,共5页
研究了柔性变形对扑翼空气动力学特性的影响.利用计算流体力学分析软件fluent中的动网格方法对不同形变的柔性扑翼进行数值模拟,得到了3种不同情况下扑翼的升阻力系数及涡量云图,对流场的气动特性及流场结构的变化规律进行了分析,扑翼... 研究了柔性变形对扑翼空气动力学特性的影响.利用计算流体力学分析软件fluent中的动网格方法对不同形变的柔性扑翼进行数值模拟,得到了3种不同情况下扑翼的升阻力系数及涡量云图,对流场的气动特性及流场结构的变化规律进行了分析,扑翼飞行时,适度的弦向变形能增加瞬时升力,获得较大的升力,但过大的弦向变形将导致瞬时升力的减小,对扑翼飞行的气动特性产生不利的影响. 展开更多
关键词 柔性扑翼 气动特性 动网格
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仿生柔性扑翼无人机流固耦合研究进展 被引量:1
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作者 杨文青 郭越洋 +2 位作者 董渊博 薛栋 宣建林 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期38-55,共18页
自然界的昆虫和鸟类具有卓越的飞行能力,能够通过扑动翅膀精妙地控制飞行时的姿态和位置。仿生扑翼飞行器是一种极具高性能潜力的无人机,其独特的仿生外形和飞行特性使其在低雷诺数环境下,兼具高机动性和高气动效率。仿生扑翼飞行器通... 自然界的昆虫和鸟类具有卓越的飞行能力,能够通过扑动翅膀精妙地控制飞行时的姿态和位置。仿生扑翼飞行器是一种极具高性能潜力的无人机,其独特的仿生外形和飞行特性使其在低雷诺数环境下,兼具高机动性和高气动效率。仿生扑翼飞行器通常采用轻质柔性结构机翼,在周期性动态扑动时,流固耦合(FSI)问题是其面临的一个突出研究难点。本文对柔性扑翼的流固耦合研究现状进行了综述,介绍了柔性扑翼流固耦合的常用方法和数值模拟分析所涉及的重要无量纲参数,分析了国内外研究取得的最新进展,分享了计算分析所使用的工具,提出了目前研究中仍存在的问题与可发展的方向,并对未来仿生柔性扑翼无人机流固耦合研究进行了展望。 展开更多
关键词 高性能无人机 柔性扑翼 流固耦合 无量纲参数 计算分析工具
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扑翼柔性及其对气动特性的影响 被引量:21
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作者 曾锐 昂海松 +1 位作者 梅源 季健 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期750-754,共5页
以往对扑翼气动特性的研究基本上都是基于简单的匀速刚性模型,但是通过大量观察不同飞鸟的扑翼动作发现,该模型与鸟翼的实际扑动还有很大差别。鸟翼不但上扑段和下扑段所需时间不同,而且在扑动过程中,鸟翼的形状无论沿弦向或展向都存在... 以往对扑翼气动特性的研究基本上都是基于简单的匀速刚性模型,但是通过大量观察不同飞鸟的扑翼动作发现,该模型与鸟翼的实际扑动还有很大差别。鸟翼不但上扑段和下扑段所需时间不同,而且在扑动过程中,鸟翼的形状无论沿弦向或展向都存在着相当大的柔性变形。本文在原有匀速刚性模型的基础上,加入了扑动速率变化和形状变化的影响,得出新的变速柔性扑翼分析模型,使之更接近鸟翼柔性扑动的真实情况。通过对比计算发现,柔性变形对扑翼的升力与推力都有着显著影响,如果控制得当,柔性变形能大大改善扑翼的气动性能。 展开更多
关键词 柔性扑翼 微型飞行器 模型 数值模拟计算
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柔性扑翼非定常流场的数值计算方法 被引量:13
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作者 肖天航 昂海松 周新春 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期990-999,共10页
提出一种将Delaunay图映射网格变形技术和非结构嵌套网格方法结合使用的策略,解决网格变形和嵌套网格单独用于柔性扑翼流场计算时需要网格再生的问题。该方法为嵌套网格中的每个嵌于背景网格的贴体非结构网格生成Delaunay背景图;每个时... 提出一种将Delaunay图映射网格变形技术和非结构嵌套网格方法结合使用的策略,解决网格变形和嵌套网格单独用于柔性扑翼流场计算时需要网格再生的问题。该方法为嵌套网格中的每个嵌于背景网格的贴体非结构网格生成Delaunay背景图;每个时间步,根据扑翼的运动和变形规律移动背景图,再根据网格点和背景图的映射关系移动网格点,之后自动完成嵌套边界的定义和插值关系的建立。为方便嵌套关系的建立,嵌套网格进行分层管理。也研究了一种内存消耗少、效率较高的搜索算法,以及格心格式和格点格式统一的边界拓宽算法。非定常可压缩Navier-Stokes方程在非结构的动态网格上用有限体积法离散,并用预处理的双时间步推进、隐式LU-SGS迭代求解。几个扑翼算例的结果表明,该方法充分利用了Delaunay图映射网格变形方法的高效率,同时也发挥了嵌套网格处理大幅运动的优势;用于既有整体大幅扑动又有局部小变形的柔性扑翼流场计算,可取得令人满意的精度和效率。 展开更多
关键词 非定常流 柔性扑翼 网格变形 嵌套网格 Delaunay背景图
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柔性扑翼非定常涡格法气动计算的改进与实现 被引量:7
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作者 贺红林 周翔 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1121-1126,共6页
旨在快速、准确地模拟微型扑翼飞行器(Flapping-wing MAV)周边流场,根据柔性扑翼的扑动特点,提出了微型飞行器(MAV)气动力计算的一种改进非定常涡格法(UVLM)模型,该模型中充分考虑机翼的瞬时柔性变形、诱导阻力、尾迹涡环畸变以及黏性... 旨在快速、准确地模拟微型扑翼飞行器(Flapping-wing MAV)周边流场,根据柔性扑翼的扑动特点,提出了微型飞行器(MAV)气动力计算的一种改进非定常涡格法(UVLM)模型,该模型中充分考虑机翼的瞬时柔性变形、诱导阻力、尾迹涡环畸变以及黏性耗散等因素对气动力的影响;给出了该模型的一个可视化实现,并通过实例验证了该模型的可行性和有效性。算法仿真表明,采用该模型可使平均升力和平均推力计算精度分别提高20%和70%左右。为了提高运算效率,还研究了剔除尾涡对UVLM性能的影响,计算结果显示,剔除距翼面适当距离处的尾涡后,可在保证算法计算精度基本不下降的前提下使运行时间减少2/3,这表明改进的UVLM可作为MAV的一种快速气动力估算工具,在MAV的优化中存在显见的应用价值。 展开更多
关键词 柔性扑翼 气动力 非定常涡格法 尾涡剔除 算法实现
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柔性扑翼水动力特性试验研究 被引量:3
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作者 高鹏骋 黄桥高 +1 位作者 潘光 赵嘉祯 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期144-148,共5页
为探究扑翼自身刚度和运动参数对其水动力特性的影响,依托仿生扑翼推进试验平台,实现扑翼的俯仰-升沉结合运动.使用六轴力/力矩传感器记录扑翼运动过程中的力学参数,同时利用高速相机记录扑翼运动情况;对力学数据进行均值化及归一化处... 为探究扑翼自身刚度和运动参数对其水动力特性的影响,依托仿生扑翼推进试验平台,实现扑翼的俯仰-升沉结合运动.使用六轴力/力矩传感器记录扑翼运动过程中的力学参数,同时利用高速相机记录扑翼运动情况;对力学数据进行均值化及归一化处理得出扑翼水动力特性随刚度及运动参数的变化规律;对图像进行处理,绘制出扑翼尾端点运动轨迹.试验结果表明:低刚度扑翼在低频下推力表现优异;扑翼刚度对推力稳定性起着重要作用;扑翼运动轨迹随着刚度增加,从杂乱无章演变为8字形,最终演变为弧线形. 展开更多
关键词 柔性扑翼 水动力特性 运动参数 推力稳定性 运动轨迹
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仿生折叠翼扑动过程气动特性分析 被引量:1
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作者 王才东 张昊田 +1 位作者 胡坤 王新杰 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第4期286-290,295,共6页
以甲虫后翅为仿生对象,基于四板机构理论设计了一种仿甲虫四板折叠翼,并对其气动特性进行研究。建立了仿甲虫四板折叠翼动力学仿真模型,采用双向流固耦合数值模拟方法,分析了扑动幅值、拍动频率与前飞速度对柔性折叠翼的升阻力系数和空... 以甲虫后翅为仿生对象,基于四板机构理论设计了一种仿甲虫四板折叠翼,并对其气动特性进行研究。建立了仿甲虫四板折叠翼动力学仿真模型,采用双向流固耦合数值模拟方法,分析了扑动幅值、拍动频率与前飞速度对柔性折叠翼的升阻力系数和空气流场的影响,并对柔性折叠翼扑动过程进行了流场研究。研究表明,柔性折叠翼能提高飞行器的升力特性和推力特性,其扑动幅值为80°,频率为50Hz时,折叠翼的气动特性最为显著。本研究工作为优化折叠翼的设计及控制奠定了基础。 展开更多
关键词 折叠 柔性扑翼 流固耦合 气动特性
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基于双向流固耦合的柔性扑翼变形数值研究 被引量:3
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作者 王强 侯宇 +1 位作者 金子涵 郭永兴 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2021年第3期27-33,共7页
通过研究柔性扑翼变形、惯性力及气动力的相互关系和作用机理,为扑翼飞行器的设计提供参考。在考虑扑翼运动特点的情况下,发展了一种求解雷诺平均N-S方程和结构动力学方程的双向流固耦合数值方法。对柔性翼惯性力方程进行改进,使其更方... 通过研究柔性扑翼变形、惯性力及气动力的相互关系和作用机理,为扑翼飞行器的设计提供参考。在考虑扑翼运动特点的情况下,发展了一种求解雷诺平均N-S方程和结构动力学方程的双向流固耦合数值方法。对柔性翼惯性力方程进行改进,使其更方便与气动升力进行数值对比。针对柔性翼变形研究的困难性,提出了一种通过全翼面应变去分析柔性翼变形的方法。研究结果表明:柔性翼的扑动频率对惯性力和气动升力的影响程度较为一致;柔性翼应变主要集中在前缘和翼根周围,随着远离前缘和翼根,其应变值逐渐减小,应变一定程度上可以反映柔性翼的弦向变形;柔性翼变形导致推力在整个周期上的主要方向为正,能够显著提升扑翼飞行能力。 展开更多
关键词 柔性扑翼 双向流固耦合 应变分析 非定常气动特性
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振荡扑翼流场能量采集研究进展 被引量:7
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作者 谢永慧 姜伟 +1 位作者 吕坤 张荻 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第20期5564-5574,5733,共11页
振荡扑翼现象广泛存在于自然界和工程实际中,在风能和水流能量采集输出方面有巨大的应用潜力,揭示振荡扑翼能量采集机理,获得提高振荡扑翼输出功率和效率的方法对于新型振荡扑翼流场能量采集装置的开发应用至关重要。文中介绍了振荡扑... 振荡扑翼现象广泛存在于自然界和工程实际中,在风能和水流能量采集输出方面有巨大的应用潜力,揭示振荡扑翼能量采集机理,获得提高振荡扑翼输出功率和效率的方法对于新型振荡扑翼流场能量采集装置的开发应用至关重要。文中介绍了振荡扑翼能量采集基本理论及其机制,运动参数对振荡扑翼流场结构和气动力的演变以及能量采集效果的影响规律;然后重点介绍了扑翼形状、柔性扑翼、非正弦振型、新型振型、多排扑翼和流固耦合等因素对振荡扑翼能量采集效果的影响规律;最后展示了振荡扑翼能量采集装备的工程开发现状。有关振荡扑翼能量采集的研究虽然取得一定进展,但尚需要更深入的试验和数值研究,文中指出:对扑翼形状、柔性扑翼和新型振型等的研究和优化分析可以有效提高振荡扑翼输出功率,但目前的研究较为有限;对扑翼非正弦振型的数值研究较为深入,但还缺乏相应的实验验证和分析;对双排或多排扑翼的研究涉及到扑翼运动参数、相邻扑翼间的运动相位差和前排尾流涡与后排扑翼间气动耦合作用等复杂因素,目前的研究尚不够系统深入。进一步采用三维数值分析方法和开展相应的实验对振荡扑翼能量采集过程中的流固耦合效应进行研究,可以更加精确地分析振荡扑翼周围流场的三维流动效应和功率输出过程。 展开更多
关键词 振荡 能量采集 运动参数 形状 柔性扑翼 新型振型 流固耦合效应
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多段柔性变体扑翼飞行器设计 被引量:23
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作者 黄鸣阳 肖天航 昂海松 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1838-1844,共7页
多段柔性变体扑翼模仿海鸥翅膀的复杂运动.观察海鸥翅膀的运动周期,设计了包含慢频率扑动、展向折弯、弦向扭转和结构柔性变形的扑翼模型,并应用准定常方法计算气动力,为该扑翼飞行器设计提供依据.在CATIA和3DMAX中设计多段柔性变体扑... 多段柔性变体扑翼模仿海鸥翅膀的复杂运动.观察海鸥翅膀的运动周期,设计了包含慢频率扑动、展向折弯、弦向扭转和结构柔性变形的扑翼模型,并应用准定常方法计算气动力,为该扑翼飞行器设计提供依据.在CATIA和3DMAX中设计多段柔性变体扑翼机的三维模型和运动模拟,制作样机进行飞行试验,研究其平飞、爬升、偏航等飞行姿态,结果表明升力和推力与数值计算结果吻合.相较于原有扑翼飞行器,多段柔性变体扑翼飞行器可以慢频率扑动飞行,调整扑翼形状. 展开更多
关键词 多段柔性变体 模型 准定常计算方法 运动模拟 飞行试验
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Aerodynamic performance of the flexibility of corrugated dragonfly wings in flapping flight
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作者 Yuping Wang Xinyi He +3 位作者 Guoyi He Qi Wang Longsheng Chen Xiaochen Liu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期48-56,共9页
At low Reynolds numbers,the variable flexibility of flapping insect wings is considered essential in improving the favorable aerodynamic forces.To further explore whether significant aerodynamic coupling exists betwee... At low Reynolds numbers,the variable flexibility of flapping insect wings is considered essential in improving the favorable aerodynamic forces.To further explore whether significant aerodynamic coupling exists between the microstructure and passive flexible deformation,this paper proposes three technical comparison airfoils:a corrugated wing with deformation,a symmetric flat plate wing with deformation,and a corrugated wing without deformation.Based on STAR-CCM+software,this paper numerically solves the Navier-Stokes equations using the fluid-structure interaction method.The results show that the aerodynamic performance of the flexible corrugated wing is better than that of the rigid corrugated wing,and its lift and thrust are both improved to a certain extent,and the thrust efficiency of the flexible corrugated wing is significantly higher than that of the flexible flat plate.Although the thrust is improved,a part of the lift is lost,and as the flapping amplitude increases past 35°,the disparity gradually increases.A comparison of the flexible technical airfoils shows that the corrugated structure promotes thrust and retards lift,which is closely related to the formation and dissipation of strong vortex rings during the downstroke phase.On the premise of maintaining typical flapping without falling,dragonflies can fly with skillful efficiency by adjusting the way they flap their wings.The results of this work provide new insight into the formation and role of thrust in flapping maneuvering flight and provide a specific reference for developing new bionic flapping-wing aircraft. 展开更多
关键词 Flexibility corrugated wing Fluid-structure interaction Unsteady aerodynamics Forward flight
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